Flexo Tief Druck. E Jahrgang Mai Internationale technische Fachzeitschrift für Flexo- und Verpackungs-Tiefdruck

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1 E Jahrgang Mai Flexo Tief Druck Internationale technische Fachzeitschrift für Flexo- und Verpackungs-Tiefdruck Eine G&K TechMedia Publikation Made in Germany

2 Anspruch und Wirklichkeit Über den aktuellen Stand der Barrierefolien für Verpackungsanwendungen Abbildung 1: Sauerstoff- und Wasserdampfbarrierewerte. Das Spektrum sogenannter Barrierematerialien ist groß und ihre Wirksamkeit weicht um etliche Faktoren voneinander ab. In technischen Einsatzgebieten werden weitaus höhere Anforderungen gestellt was sich entsprechend auf die Bezugspreise auswirkt. (Quelle: Fraunhofer Institut IVV) SUSANNA STOCK»Höher, schneller, weiter«- hinsichtlich der Entwicklung leistungsstarker Barrierefolien für Lebensmittelanwendungen wird ein ganzes Bündel unterschiedlichster Forderungen aus der Lieferkette gestellt. Ob Extrusion, Gießen, Recken, Beschichten oder Laminieren/Kaschieren, auf verschiedenen Wegen schlagen Maschinenhersteller neue Wege ein, um die Leistungsprofile von Verpackungsfolien zu optimieren. Für die angestrebten Ziele längere Haltbarkeit von Lebensmitteln und mehr Sicherheit für Produkt und Verbraucher entwickeln Material- und Maschinenhersteller wie auch Converter ständig neue Konzepte. Der Kampf gegen Wasserdampf, Sauerstoff, Aromaverlust, Verderb durch Lichteinflüsse etc. ist in vollem Gange und Begriffe wie»ultrahochbarriere«,»nanobeschichtung«sowie»funktionelle Barriere«kursieren weltweit. Vor diesem Hintergrund sind Investitionsentscheidungen für Hersteller und Verarbeiter von Folien nicht einfach. Dennoch verzeichnen die einschlägigen Maschinenbauunternehmen derzeit sehr gute Verkaufserfolge, vor allem in Asien. Forderungen von allen Seiten Der Darstellung verschiedener Lösungsansätze wird zunächst eine Begriffsdefinition vorangestellt, entnommen aus einem von Dr. RAI- NER BRANDSCH verfaßten InnoLetter des Beratungsunternehmens Innoform Consulting aus dem Jahr 2011, in dem das aktuell gültige Recht zitiert wird [1]. Dabei handelt es sich um die vierte Änderungsrichtlinie 2007/19/EG (Artikel 7a) der Kunststoffrichtlinie 2002/72/EG und die Rahmenverordnung (EG) Nr. 1935/ Sauerstoff-Durchlässigkeit (cm 3 /m 2 dbar; 23 C/50% relative Luftfeuchtigkeit) Wasserdampf-Durchlässigkeit (g/m 2 d; 23 C/85% relative Luftfeuchtigkeit) 2004: Eine»funktionelle Barriere aus Kunststoff«, besteht danach aus einer oder mehreren Schichten Kunststoff und stellt sicher, daß das Material oder der Gegenstand im fertigen Zustand Artikel 3 der Verordnung (EG) Nr. 1935/2004 des Europäischen Parlaments und des Rates und der Kunststoffrichtlinie entspricht [2]. In Analogie zur funktionellen Barriere innerhalb eines Materials oder Gegenstands läßt sich deren Konzept auf ein gesamtes Verpakkungssystem erweitern. Dazu ist es sinnvoll, ein Verpackungssystem als konzentrischen Mehrlagenaufbau zu betrachten, dessen einzelne Lagen sich zumindest teilweise umgeben. Die jeweiligen Materialien sind dabei teilweise nicht in direktem Kontakt miteinander, sondern es befindet sich gegebenenfalls Luft bzw. Gas dazwischen. Die Rahmenverordnung (EG) Nr. 1935/2004 gilt Ultra-Barrierefolie für technische Applikationen Bestes Ergebnis was bisher erzielt wurde entsprechend Artikel 1 für Materialien und Gegenstände, einschließlich aktiver und intelligenter Materialien und Gegenstände mit Lebensmittelkontakt, die als Fertigerzeugnis dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen, oder bereits mit Lebensmitteln in Berührung sind und dazu bestimmt sind, oder vernünftigerweise vorhersehen lassen, daß sie bei normaler oder vorhersehbarer Verwendung mit Lebensmitteln in Berührung kommen oder ihre Bestandteile an Lebensmittel abgeben [1]. Mit einschlägigen Sperrschichtmaterialien, allen voran den Aluminium-basierten, aber auch EVOH, PA oder PET und metallisierten Folien sowie den verschiedensten Polymerkombinationen in Mehrschichtfolien gibt es seit Jahren zuverlässige und beherrschbare Konzepte für Barrierefolien. Doch mit dem zunehmenden Verlangen der weltweiten Lebensmittelindustrie wie auch des Handels, die CO 2 - Bilanz von Unternehmen zu optimieren, sind auch Verpackungslösungen gefordert, die zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen beizutragen oder nachwachsende Rohstoffe zu verwenden. Darüber hinaus trägt der Kostendruck ein Übriges dazu bei, nach neuen Lösungen zu suchen, die mehr Leistung zu verbesserten Kosten bieten und umweltrelevante Optimierungen bieten. Daher verspricht sich die Lieferkette durch den Verzicht auf Aluminium eine verbesserte CO 2 Bilanz und das Ersetzen teurer Sperrschichtmaterialien wie EVOH soll die Kostenstruktur verbessern. Außerdem ist der sparsamere Einsatz von Rohstoffen ein genereller Wunsch in der ge- Freie Journalistin, Düsseldorf/D. [1] BRANDSCH, Dr. RAINER; Funktionale Barriere von Kunststoffen; Welche Kunststoffe haben ausreichende funktionelle Barriereeigenschaften, um die Migration von Kontaminanten wie z.b. Mineralöl ins Füllgut zu verhindern; InnoLetter Januar [2] Richtlinie 2002/72/EG der Kommission vom 6. August 2002 über Materialien und Gegenstände aus Kunststoff, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen. 26 FLEXO+TIEF-DRUCK

3 Linien-Typen PP PET PA PS Breite der Produktionslinie (m) 4 10,4 3 8,7 3 5,1 2,7 4,2 Dickenspektrum (µm) Max. Geschwindigkeit (m/min) Abbildung 2: Leistungsdaten biaxialer Reckanlagen. (Quelle: Brückner). samten Lieferkette. Insgesamt wird den Foliensubstraten für Lebensmittelverpackungen weiteres Wachstum vorausgesagt. Dabei reichen die Anwendungsbereiche von Tiefkühlkost über gekühlte bis hin zu ungekühlt haltbaren Produkten. Diese Tendenz wird durch Bestrebungen zusätzlich verstärkt, klassische Konserven (Glas oder Metall) zunehmend durch Beutel bzw. tiefgezogene oder thermogeformte Schalen einschließlich Deckelmaterial zu ersetzten. Abbildung 1 zeigt, um wie viele Faktoren die Barrierewirkungen heute bekannter Materialien gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf variieren. Biaxial gereckte Folien Die Firma Brückner in Siegsdorf/D ist seit Jahren auch im Bereich der Recktechnologie aktiv. Am Beispiel biaxial gereckter PP-Folien wird deutlich, daß durch geeignete Strukturen und Materialkombinationen auch vergleichsweise kostengünstige BOPP-Folien mit guten Barriereeigenschaften ausgestattet werden können, besonders hinsichtlich Wasserdampf und Sauerstoff. So lassen sich mit coextrudierten Reckfolien sowohl transparente als auch metallisierte Hoch- Barrierefolien herstellen. BOPP-Folien werden heute auf hochproduktiven Anlagen mit vergleichsweise niedrigen Produktionskosten produziert, wobei die verfügbaren Ausstoßleistungen mit über 6 to/h zu den höchsten in der Kunststoffindustrie gehören. Anlagenbreiten bis 10,4 m und Produktions-Geschwindigkeiten bis 525 m/min stellen dabei inzwischen den aktuellen Stand der Technik dar (Abbildung 2). Neben der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist auch der Veredelungsprozeß durch die damit verbundene Steigerung aller für Verpackungsfolien wichtigen Charakteristika relevant. Denn durch die Technologie des biaxialen Verstreckens von Kunststoff-Folien und der damit verbundenen Ausrichtung der Moleküle wird eine deutliche Steigerung mechanischer, optischer und auch von Barriere-Eigenschaften erzielt (Abbildung 3). Die am Beispiel von BOPP aufgezeigten Barrierewerte sind für Wasserdampf (WVTR) hervorragend, jedoch bezüglich Sauerstoff (OTR) für einige Verpackungsanwendungen noch nicht ausreichend und können als Ausgangsbasis für weitere Steigerungen dienen. Diese bezieht sich sowohl auf transparente wie opake Verpackungen, zu denen auch metallisierte Folien gehören. Transparente BOPP- Hochbarriere-Folien (HB) Um die Sauerstoff-Barriere von BOPP-Folien zu steigern, ist die Kombination des Basispolymers PP mit anderen, bessere FLEXO+TIEF-DRUCK

4 OTR-Werte aufweisenden Kunststoffen notwendig. Dies wird durch Co-extrusion und anschließender gemeinsamer Verstreckung erreicht. Als Barrierematerial hat sich EVOH bestens bewährt, da es neben der Sauerstoffbarriere auch eine hervorragende Transparenz gewährleistet und die gemeinsame Verstreckung mit PP erlaubt. Diese EVOH-Schicht muß mit entsprechenden Haftvermittlern mit dem PP verbunden werden. Da in den meisten Fällen auch gute Siegeleigenschaften gewünscht werden, sind auf den Außenschichten Copolymere vorzusehen, wodurch sich bei einem symmetrischen Aufbau der Folie somit eine 7-Lagen- Struktur ergibt. Mit dieser Struktur wurden auf der Brückner-Pilotanlage sowohl mit sequentieller als auch simultaner Recktechnologie transparente Barrierefolien hergestellt (Abbildung 4). Brückner hat festgestellt, daß mit simultaner Verstreckung alle verfügbaren EVOH-Typen verarbeitet werden können während bei sequentieller Verstreckung nur EVOH Typen mit höheren Ethylen- Anteilen in Frage kommen. Der Ethylen-Gehalt hat Auswirkungen auf das Reckverhalten wie auch auf die Sauerstoffbarriere. Ein höherer Ethylen-Anteil im EVOH bewirkt ein besseres Orientierungsverhalten der Folie, schwächt aber ihre Barriere-Wirkung gegenüber Sauerstoff. Bei simultaner Verstreckung können mit extrem dünnen EVOH- Schichten (etwa 1,5 µm) mit niedrigem Ethylenanteil schon Hochbarriere-Eigenschaften mit einem OTR-Wert von <1,5 cm 3 /m 2 dbar er- Zugfestigkeit Reißdehnung Trübung Glanz WVTR OTR Mechanische Eigenschaften Optische Eigenschaften Barriere Eigenschaften Eigenschaften Hochbarriere: OTR 1,2 cm 3 /m 2 dbar (23 C/50% r.h.) Transparenz Siegelbarkeit zielt werden. Wie das Unternehmen erklärt, ermöglichen es neuere Rohstoffe, auch bei sequentieller Verstreckung ausreichend hohe OTR- Werte zu erzielen. So wurden EVOH-basierte BOPP-Barrierefolien mit dünner EVOH-Schicht (etwa 3 4 µm) hergestellt, die Barrierewerte gegenüber Sauerstoff von 10 cm 3 /m 2 /Tag erreichen. (Der Anteil des Ethylens im EVOH betrug 38%). Die Folien sind damit geeignet für Anwendungen als Deckelmaterial oder für die Schalenherstellung. Wie Brückner erläutert, eignet Einsatzmöglichkeiten sich dieses Konzept damit auch für Nachrüstungen vorhandener Anlagen. Dabei kommen insbesondere ältere Anlagen in Frage, deren Ausstoßleistung nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik entspricht und die Produktion von 3-Schichten-Standard-BOPP-Folien daher ansonsten ökonomisch nicht mehr sinnvoll durchzuführen wäre. Metallisierte BOPP- Ultra-Hochbarriere-Folien (UHB) Die Barriere-Eigenschaften von Kunststoff-Folien lassen sich grundsätzlich durch eine Metallisierung als weiteren Veredelungsschritt verbessern und die Auswahl spezieller Oberflächen-Schichten dadurch noch weiter steigern. So konnte an der Brückner-Pilotanlage nachgewiesen werden, daß eine Sauerstoffbarriere von 0,2 cm 3 / m 2 dbar durch die Synergie eines dünnen Barriere-Polymers mit der Metallisierung erreichbar ist. Hierzu wird ein 5-Schicht-Aufbau als Folienstruktur verwendet, mit der sich neben hervorragender Barrierewirkung auch eine gute Siegelfähigkeit erreichen läßt (Abbildung 5). Damit sind UHB-Folien für Ver- Abbildung 3: Eigenschaftsverbesserungen von CPP und BOPP durch biaxiales Verstrekken. (Quelle: Brückner) Abbildung 4: Transparente 7-Lagen Barriere-Folie, simultan verstreckt. (Quelle: Brückner). 28 FLEXO+TIEF-DRUCK

5 packungsaufgaben geeignet, bei denen bisher wegen der notwendigen Barriereanforderung Aluminiumfolien zum Einsatz kamen. Das ist nicht nur eine wirtschaftlichere Lösung, sondern stellt auch bezüglich der CO 2 -Bilanz eine deutlich bessere Alternative dar, da BOPP- UHB-Folien im Vergleich zu Aluminium-Folien etwa 75% der CO 2 - Emissionen einsparen. Produktionskosten senken Für die Zukunft sieht Brückner Möglichkeiten, die Kosten der Folienherstellung noch weiter zu reduzieren, indem auf die Kaschierung/Laminierung völlig verzichtet wird. Heute übliche Verfahren zur Herstellung von Verbundfolien benötigen mehrere Arbeitsschritte wie: Extrusion der Trägerfolie (z.b. BOPP, BOPET, BOPA), Metallisierung der Trägerfolie, Extrusion der Siegelschicht (z.b. PP, PE), Laminierung der Siegelschicht auf die Trägerfolien (duplex/ triplex). Um eine konsequente Verbesserung der Kostenstruktur zu erreichen, wäre es nach Einschätzung von Brückner vorteilhaft, nicht nur Material durch Dickenreduzierung zu sparen, sondern eine Barrierefolie zu erzeugen, die alle geforderten Eigenschaften wie Barrierewerte, mechanische Eigenschaften sowie Siegeleigenschaften aufweist und in einem durchgängigen Extrusionsprozeß mit anschließender biaxialer Orientierung (simultanes Recken) entsteht. Dieser integrierte Prozeß erlaubt Einsparungen von über 40%, beispielsweise bei einer Verpackung für Erdnüsse, wobei sich der Vergleich auf ein Triplex- Laminat (BOPET 12 µm/bopetmet 12µm/PE-LD 50 µm) gegenüber einem 7-Schicht-BOPP-EVOH-Verbund (20 µm) mit BOPE-LLD (30 µm) bezieht. Somit stehen 76 µm Gesamtdicke einer von 50 µm im Endprodukt gegenüber und statt eines Triplex-Compounds mit zwei Laminiervorgängen wird nur ein Prozeßschritt benötigt. In der Summe, so Brückner, stehen Kosten von etwa EUR 198/1000 m 2 für den Triplexverbund denen von nur etwa EUR 100/1000 m 2 für die 7-Schichtfolie gegenüber. Darüber hinaus is auch in diesem Beispiel ein deutlicher Vorteil für die CO 2 -Bilanz nachweisbar. Beschichtungen im nanoskaligen Bereich Eigenschaften Hervorragende Gas- und Aroma- Barriere, OTR: 0,2 cm 3 /m 2 dbar, WVTR: 0,3 g/m 2 d. Einsatzmöglichkeiten Die bereits mehrfach angesprochene Form der Beschichtung im nanoskaligen Bereich ist in vielerlei Hinsicht erfolgversprechend, auch wenn es sich anwendungsspezifisch durchaus rechnen kann, auf Coatingverfahren zu verzichten. Anders als bei den klassisch notwendigen Sperrwirkungen gegenüber Sauerstoff oder Wasserdampf, die haltbare Lebensmittel in unterschiedlichem Maß erfordern, bewirken Oberflächenbeschichtungen interessante zusätzliche Eigenschaftsprofile der Verpackungsfolien. Die Nanotechnologie ist in diesem Zusammenhang schon seit einiger Zeit in Fachkreisen viel diskutiert worden. So auch anläßlich des BMBF- Branchendialogs»NanoPackaging«während der Verpackungsleitmesse INTERPACK im Mai In der Ankündigung der Veranstalter (VDI-ZTC Zukünftige Technologien Consulting, Düsseldorf) hieß es:»nanotechnologien und»neue Materialien«sind Innovationstreiber für die Entwicklung intelligenter und multifunktionaler Verpackungen. Das Anwendungsspektrum reicht von verbesserter Barriere- und Schutzfunktion über neuartige Sicherheitsmerkmale für den Fälschungsschutz bis hin zu Smart Labels für intelligente Verpackungen der Zukunft.«Wie Dr. WOLFGANG LUTHER im Namen des VDI-ZTC ausführte, nahmen das Informationsangebot etwa 80 Teilnehmer aus Industrie, Wissenschaft sowie Behörden wahr. Auf sein persönliches Fazit der Veranstaltung wie auch den dort geführten Diskussionen angesprochen, resümierte er, daß bei einer stimmigen Kostenstruktur großes Interesse an nanobeschichteten Materialien, speziell für Lösungen mit größerer Sicherheit für Lebensmittel, besteht. In diesem Zusammenhang stehen jedoch nicht nur bessere Barrierefunktionen von Verpackungen im Vordergrund, sondern es wird auch der Restentleerbarkeit (Beispiel Ketchup-Flaschen) große Bedeutung Abbildung 5: Metallisierte BOPP Ultrahoch-Barrierefolie (UHB). (Quelle: Brückner)

6 beigemessen. Darüber hinaus war auch der Produkt- und Fälschungsschutz mit Hilfe neuer Sicherheitsmerkmale ein Thema. Diskutiert wurde schließlich nicht nur über die Chancen, sondern auch über künftige Herausforderungen der Nutzung von Nanotechnologien, etwa über regulatorische Einschränkungen für Nanozusätze in Lebensmittelverpackungen. Letztere Stichworte griff Prof. Dr. HORST-CHRISTIAN LANGOWSKI, Fraunhofer Institut IVV, Freising/D, in seinem Vortrag auf. Er zitierte u.a. die EU-Verordnung Nr. 10/2011 der Kommission vom 14. Januar 2011 (PIM Plastics Implementation Measure):»Mit Hilfe neuer Technologien werden Stoffe in Partikelgröße, z.b. Nanopartikel, hergestellt, die wesentlich andere chemische und physikalische Eigenschaften haben als Stoffe, mit größerer Struktur. Diese Eigenschaften können zu anderen toxikologischen Charakteristika führen und deshalb sollten diese Stoffe durch die Behörde einer Risikobewertung auf Einzelfallbasis unterzogen werden, bis mehr Informationen über die betreffende neue Technologie vorliegen. Daher sollte klargestellt werden, daß Zulassungen, die auf Grundlage der Risikobewertung der konventionellen Partikelgröße eines Stoffes erteilt wurden, nicht für künstlich hergestellte Nanopartikel gelten«(einleitung, Ziffer 23). Diese rechtliche Haltung in der EU läßt viele Fragen offen. Prof. Dr. LANGOWSKI wies in seinem Vortrag auch darauf hin, daß laut Angaben des BUND derzeit schätzungsweise 400 bis 500 Nano-Verpackungen auf dem Markt seien (auf Deutschland und Lebensmittelverpackungen bezogen). Im nächsten Jahrzehnt wird eine Verbreitung von Nanomaterialien in 25% aller Verpakkungen erwartet. Zur Verlängerung der Haltbarkeit würden nanoskaliges Titanoxid sowie SiO x verwendet. Für die Ausstattung von Verpackungen mit antibakteriell wirksamen Substanzen würden Nano-Silber oder Nano-Zinkoxid verwendet, so der BUND weiter. Der Referent zieht aus der beruflichen Perspektive und Erfahrung eine ernüchternde Zwischenbilanz: Die derzeitige Anwendung der Regelungen und ihre Auslegung erfolgen zurückhaltend. Nanomaterialien werden de facto auf die gleiche Ebene gestellt wie mutagene, karzinogene oder reproduktionstoxische Substanzen. Es gibt derzeit sehr wenige Anträge auf Zulassung von Nanomaterialien (Abbildung 6). Unter Berücksichtigung der Grundfunktionen von Verpackungen wie der rechtlichen Rahmenbedingungen für Nanobeschichtungen geht Prof. Dr. LANGOWSKI davon aus, daß dünne Barriereschichten (anorganische Schichten, Lacke mit Nanopartikeln) den größten Forschungsbedarf und die größten Erfolgsaussichten unter Aspekten der Marktrelevanz aufweisen. Ihre Hauptaufgaben werden Defektfreiheit und Schichthaftung sein, um jede negative Beeinflussung von Füllgut und/oder Konsument zu verhindern. Er schlußfolgert, daß in derzeitigen Verpackungsanwendungen mit Nanotechnologie gute Verbesserungen der Barriereeigenschaften erreicht würden, aber keine»wesentlich anderen chemischen und physikalischen Eigenschaften«. Erfahrungen mit dieser Technik werden bereits seit Jahrzehnten gesammelt, aber vor dem Erreichen großer Marktvolumina sind Steigerungen der Funktionalität notwendig. Die meisten in der Öffentlichkeit zitierten Anwendungen der Nanotechnologie im Verpackungsbereich existieren so gar nicht. Darüber hinaus verlangen die Einstellungen der Öffentlichkeit sowie die geltenden Regelungen nach einem sehr sorgfältigen Umgang mit der Thematik. Daten über Diffusion und Freisetzung von Nanopartikeln aus Polymeren fehlen weitgehend. Theoretische Abschätzungen lassen zwar auf extrem niedrige Freisetzungsraten schließen, aber eine experimentelle Verifikation der Modelle steht noch aus. Interessantes Marktpotential Trotz aller Unsicherheit, wie sie sich speziell in Deutschland und Europa mit Blick auf den Stand der Forschung wie auch der politischen Regelungen ergibt, scheint ein weiteres Wachstum nanobasierter Verpackungslösungen nicht aufzuhalten zu sein. Die Marktforschungsfirma irap Inc gibt in einer Studie an, daß nanobasierte Lebensmittelund Getränkeverpackungen inner- Abbildung 6: Lebensmittel stellen sehr unterschiedliche Anforderungen an die Verpakkung. Speziell haltbar gemachte Produkte reagieren verschieden auf die Einflüsse von Wasserdampf oder Sauerstoff. (Quelle: Fraunhofer IVV)

7 halb der nächsten Jahre ein Volumen von über USD 7 Mrd. (2008: USD 4,13 Mrd.) erreichen werden. Das jährliche Wachstum liegt laut Studie bei etwa 11,65%, wobei dort unterschieden wird zwischen»aktiven Verpackungen«,»intelligenten Verpackungen«sowie»Verpackungen mit kontrollierter Barriere«, die jeweils in speziellen Bereichen zum Einsatz kommen. Die entsprechenden Stichworte lauten Sauerstoffscavenger, Feuchtigkeitsabsorber sowie Zeit-/Temperatur-Indikatoren. Die Entwicklungen in Asien, Amerika und Europa verlaufen durchaus uneinheitlich. In den Seg- menten Bäckerei- bzw. Fleischprodukte und Bier (Sauerstoffscavenger) wurden bereits in den USA, Japan und Australien nennenswerte Mengen aktiver Verpackungen realisiert. In Europa konstatiert die Studie die heftigste»gegenwehr«nanobasierten Verpackungslösungen gegenüber; hier soll aber das Projekt»Actipack«in naher Zukunft zu mehr Aufklärung beitragen. Parallel zu den Wachstumspotentialen im Lebensmittelsektor erwartet irap auch im Markt für Pharmaverpackungen deutliche Impulse für nanobasierte Verpakkungen. Für diesen Bereich sagt eine weitere Studie ein Marktvolumen von etwa USD 8 Mrd. bis 2014 voraus. Aktuell hat in Deutschland der Sachverständigenrat für Umweltfragen ein umfangreiches Sondergutachten zur Nano-Thematik vorgelegt, in dem»vorsorgestrategien für Nanomaterialien«beschrieben werden. Die Wissenschaft ist sich einig: Es besteht noch viel Forschungsbedarf hinsichtlich der zu erwartenden Umweltbelastungen oder Einflüsse auf die menschliche Gesundheit, wenn zunehmend Produkte mit Nanopartikeln konsumiert werden. Nachgefragt: Barriere um jeden Preis? Im Gespräch mit Dr. JOHANNES BERGMAIR, Leiter Life Science-Lebensmittel, Verpackung, Pharma, Medizinprodukte, der ofi Technologie & Innovation GmbH, Wien/A, einem Tochterunternehmen des ofi Österreichisches Forschungsinstitut für Chemie und Technik, geht es um die Sicht des Wissenschaftlers und Begleiters neuer Verpackungstechnologien und seine Einschätzung, welche Leistungssteigerungen mit Barrierefolien in absehbarer Zeit vom Markt nachgefragt werden, Welche Food-Segmente benötigen wirklich neue, höhere Barriereleistungen und was ist der bisherige Stand der Dinge? Dr. JOHANNES BERGMAIR: Eigentlich sind es ohnedies die Food-Segmente, die jetzt schon Barriere brauchen. Prinzipiell steht immer die Frage der Lebensmittel-Sicherheit, ihre Qualität bzw. der Wunsch nach längeren Haltbarkeiten dahinter. Somit bedingt eine höhere Barriere bei definierter Haltbarkeit eine höhere Qualität (1) oder bei gleicher Qualität eine längere Haltbarkeit (2). Bei (1) ist die Frage, ob der Kunde diese bessere Qualität überhaupt anerkennt und bereit ist, mehr dafür zu bezahlen. Punkt (2) ist eine ständige Forderung des Handels und teilweise auch der Konsumenten, obwohl die Gleichung:»Länger haltbar = frischer«ein Trugschluß ist, der aber im Verkauf durchaus Wirkung zeigt. Bei verschiedenen Verpackungssystemen ist aktuell ein gewisser Nachholbedarf festzustellen. So stehen derzeit beispielsweise die Spritzgußunternehmen untereinander in Konkurrenz, wer als erster ein vernünftiges Barrierekonzept für Produkte wie Eimer, Dosen oder Becher auf den Markt bringt, was im Spritzguß technisch durchaus nicht einfach ist. Liegt die Lösung von Haltbarkeitsproblemen immer im Barriereprofil von Verpackungen? Dr. JOHANNES BERGMAIR: Nein, denn entscheidend ist die Ausgangsqualität der Lebensmittel. Die Verpackung kann nicht nachträglich Qualität, also auch Haltbarkeit, schaffen, die ursprünglich nicht vorhanden war. Es gibt eine Vielfalt funktionstüchtiger Barrierekonzepte für Folien und wir sind in der Lage, das Ausmaß der Permeabilität von Substanzen wie Sauerstoff, Wasserdampf oder Kohlendioxid durch entsprechende Messungen genau zu bestimmen. Jedoch wissen wir noch sehr wenig darüber, wieviel Sauerstoff ein Füllgut überhaupt verträgt, ab wann es zur Schädigung und in welchem Ausmaß kommt sowie ab wann der Konsument dies überhaupt bemerkt. Am Fraunhofer Institut IVV in Freising/D wurden zwar einige Werte für Produkte wie Bier, Wein, Käse oder Ketchup ermittelt, entsprechende Ergebnisse für komplexere Lebensmittel liegen jedoch noch nicht vor. Das Institut unternimmt aktuell wieder den Versuch, die Sauerstoffempfindlichkeit von Lebensmitteln genauer und umfassender zu bestimmen, doch aus eigener Erfahrung weiß ich, daß es sehr schwierig ist, die entsprechende und auch benötigte finanzielle Unterstützung seitens der Industrie hierfür zu erhalten. Bedeutet die Herstellung von Folien mit 9, 12 und mehr Lagen gleichzeitig auch die Entstehung neuer Probleme? Dr. JOHANNES BERGMAIR: Aus meiner Sicht ist dieses Szenario nicht kritisch. Zwar stimmt es, daß mehr Schichten theoretisch auch eher das Problem der Delamination verursachen könnten, aber das ist technisch lösbar. Andererseits bedeuten mehr Schichten auch, daß eine kompliziertere Situation hinsichtlich der Migration entstehen kann, da mehr migrationsfähige Substanzen vorhanden sind. Aber auch das ist lösbar. Damit bleibt noch der vielfach zitierte Öko- Nachteil, daß Verbundmaterialien schlecht bis gar nicht stofflich recycelbar seien. Das ist aber ein eher auf Zentraleuropa (speziell Deutschland und wenige andere Länder) zugespitztes politisches Thema. Da in der Regel jedoch die thermische Verwertung praktiziert wird, besteht hier in Kombination mit sinnvoller Energienutzung ein gutes Konzept. Rechtfertigen die Bemühungen um die Verbesserung von Packstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen jeden finanziellen Einsatz? Dr. JOHANNES BERGMAIR: Jeden Einsatz sicher nicht. Verpackung ist immer ein Optimum aus vielen verschiedenen Faktoren und der finanzielle Faktor rangiert dabei sicherlich an vorderster Stelle! Aber ich glaube schon, daß die Beschäftigung mit nachwachsenden Rohstoffen der richtige Weg ist, wenn auch kein Allheilmittel. Bei dieser Materialgruppe steht die Verbesserung der Barrierewerte ganz vorne. Welche Biofolien sind heute schon als Barrierefolien zu bezeichnen? Dr. JOHANNES BERGMAIR: Nicht viele. Die Cellulosefolien wie beispielsweise Natureflex haben überraschend gute Barrierewerte. Darüber hinaus gibt es die Konzepte mit anorganischen Beschichtungen wie beispielsweise SiO x oder AlO x von PLA. Grundsätzlich sind gute Fortschritte erkennbar, jedoch ist der Kostenfaktor noch ein Hindernis für viele Anwendungsbereiche. Halten die Industrieversprechen den Überprüfungen im Labor stand? Dr. JOHANNES BERGMAIR: Im Großen und Ganzen schon. Aber es gibt auch immer wieder Überraschungen im Bereich der»üblichen Verdächtigen«wie beispielsweise Beschädigungen an der Beschichtung oder auch Risse in der Barriereschicht der Kanten bzw. Eckenverläufe thermogeformter Verpackungen. Doch es ergeben sich auch für uns immer wieder neue Erkenntnisse. So sind wir aktuell mit einem Fall konfrontiert, bei dem durch reine Umgebungsfeuchte, also nicht durch Autoklavieren oder ähnliches sowie ohne sichtbare mechanische Beschädigung ein massiver Barriereverlust bei einer EVOH-Schicht aufgetreten ist. Diese Herausforderung wird nicht die letzte sein, die in Verbindung mit Material- und Verpackungsprüfungen auf uns zukommen wird. 32 FLEXO+TIEF-DRUCK