Ohne Barrieren in der Joghurt-Verpackung wäre deren Inhalt nach wenigen Tagen verdorben. Undenkbar für den modernen Verbraucher, der seine Lebensmittel auf einen Schlag mit dem samstäglichen Großeinkauf besorgt; ob Milchprodukte, fertig geputzter und gewaschener Salat oder Spanferkel-Rollbraten mit Spätzle und Bayrisch Kraut für die Mikrowellen-Zubereitung. Dennoch gaben die Teilnehmer einer Forsa-Umfrage aus dem Jahr 2011 an, dass sie in 84 Prozent der Fälle Lebensmittel deshalb wegwerfen, weil sie verdorben sind. Die Verpackung ist also ein wesentliches Element, um den Konsum von verzehrfertigen Lebensmitteln mit unseren Lebensgewohnheiten in Einklang zu bringen.

Oder um es in den Worten von Martin Schmid, zu sagen, Mitarbeiter im Bereich Materials Development am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, Freising: „Die oberste Prämisse bei der Entwicklung von neuen, nachhaltigeren Verpackungskonzepten ist der ausreichende Produktschutz.“ Und da spielen Barrieren eine Schlüsselrolle. Ohne sie gäbe es den Ketchup nicht in der praktischen Kunststoffflasche, die es so einfach macht, die rote Soße zu portionieren. Statt wie früher die Glasflasche zu schütteln und zu rütteln, um am Ende eine riesen Ketchup-­Lache auf dem Teller zu haben. Neben genau richtig viel Ketchup auf den Pommes zu ermöglichen, bringen Gas- und Wasserdampf-Barrieren weitere Vorteile mit sich: Kunststoff-Verpackungen sind wesentlich robuster als Glasflaschen und leichter, auch leichter als Konservendosen aus Weißblech. Außerdem lassen sie den Verpackungsdesignern mehr Gestaltungsfreiheit. Ohnehin kommt man an spritzgegossenen Verpackungen nicht vorbei, wenn es um kreativen Freiraum geht.

Barrieren-Spitzguss

Um solche spritzgegossenen Behälter mit einer Barriere zu versehen, kommen mehrere Verfahren in Betracht. Eines davon ist die sogenannte PP-EVOH-PP-Coinjection. Dabei wird in einem Arbeitsschritt eine Sauerstoff-dichte EVOH-Schicht zwischen zwei Schichten Polypropylen gespritzt. Auf diese Weise entsteht ein Produkt mit ähnlichen Barriere-Eigenschaften wie Konservendosen oder Gläsern. Und mit allen Vorteilen, die Kunststoff mit sich bringt: geringes Gewicht, robust, bei Bedarf kinderleicht stapelbar und viel Freiheit in der geometrischen Gestaltung. Zudem lassen sich Ausführungen wie die Iris-Co-Injection-­Lösung von Moldmasters, Baden-Baden, auch auf vorhandene Maschinen mittels Zusatz-Einspritzaggregat nachrüsten. Eine eierlegende Wollmilchsau also? Nein. Das Verfahren macht eine 100-Prozent-Kontrolle der Teile notwendig. Denn nur „eine Fischdose ohne vollständige EVOH-Mittellage im Handel, und die gesamt Konserven­dosen-Industrie würde sich drauf stürzen“, wie Wolfgang Czicegg, CEO von Waldorf-Technik, Engen, spitz formuliert. Das wiederum relativiert den Kostenvorteil der Nachrüstbarkeit.

Zudem schränkt das Mehrkomponenten-Spritzgießen die Geometrie-Freiheit stark ein, da stets sichergestellt sein muss, dass die EVOH-Lage an jeder Stelle des Produktes ausreichend dick vorhanden ist. Die genannten Gründe und die Tatsache, dass sich Tiefzieh-Verfahren in diesem Bereich längst etabliert haben, hat den umfassen­den Durchbruch von PP-EVOH-PP-­Coinjection bisher verhindert. Auf dem Massenmarkt sind vor allem Kaffee­-Kapseln ein Erfolgsbeispiel dieses Verfahrens. Derzeit vor allem auf die USA beschränkt, mit allmählichen Tendenzen nach Europa. Allerdings entwickeln zahlreiche Hersteller das Verfahren im Moment weiter und versuchen, den Produktionsprozess günstiger zu gestalten.

Eine alternative ist das sogenannte Inline-Barrier-Coating. Herzstück dieses Verfahrens ist die Barriereschicht aus dem sogenannten Cavonium. Entwickelt von dem Unternehmen Cavonic, Stockach, ein Zusammenschluss von Experten von PVD/PECVD-Coating. Die Beschichtung kommt nach dem Spritzgießprozess inline mittels Vakuum-Coating auf das fertige Teil, einem Becher beispielsweise. Da sich das Material chemisch mit dem Kunststoff des Bechers verbindet, genügt eine Schichtdicke von 100 nm, um eine flexible und bruchfeste Barriere zu erreichen. Deren Eigenschaften ähneln denen von Glas hinsichtlich Sauer­stoff- und Wasserdampf-Dichtigkeit. Ebenso verhindert die Schicht das Migrieren von Farbstoffen aus der Verpackung in das Lebensmittel und versperrt Aromen den umgekehrten Weg. Dadurch bleiben die Lebensmittel länger frisch, das erweitert das sogenannte Shelf Life, also die Zeit, in der das Produkt im Supermarkt-Regal verbringen kann, ohne Qualität einzubüßen. Diesen Vorteil hat ein Hersteller eines Brotaufstrichs auf seinen gesamten Produktionsprozess umgelegt und durch eine effizientere Nutzung seiner Maschinen senkte er deren Rüstzeiten um 60 bis 80 Prozent.

Eine vor allem für Premium-Produkte infrage kommende Technik, um Lebensmittel-Verpackungen mit Barriere-Eigenschaften auszustatten, ist das Inmould-Labeling. Dabei übernimmt eine Banderole aus EVOH, einem SiOx-Mehrlagenverbund oder Aluminium die Barrierefunktion. Da der Hersteller sicherstellen muss, dass das Label die Behälterinnenseite vollständig überdeckt und auch die Nähte des Etiketts dicht sind, ist die Qualitäts­sicherung aufwendig und die Ausschussrate relativ hoch. Dazu kommen hohe Labelkosten. Auf der anderen Seite enthält das Etikett den vollständigen Aufdruck, wodurch ein nachträgliches Bedrucken entfällt. Zudem lässt sich das Verpackungsdesign schnell und vergleichsweise günstig ändern. Ideal für Kleinserien von hochwertigen Produkten wie Kaffee, Käse oder Körperpflege-Artikel.

Wiedergänger

Am Ende jedes Verpackunslebens steht im besten Fall der Einzug in das Recycling-Paradies. Die nur 100 nm dicke Cavonium-Schicht vom Inline-Barrier-Coating-Verfahren ermöglicht es, die Verpackung als Monomaterial zu behandeln und zu recyceln. So entsteht ein vergleichsweise hochwertiges Rezyklat. Ähnliches gilt für Verpackungen mit Barriere-Label: Beide Bestandteile, also Behälter und Etikett, lassen sich relativ einfach trennen und gesondert verwerten. Bei Mehrkomponenten-Spritzteilen, etwa Fischdosen aus PP-EVOH-PP, stehen Verwerter dagegen vor dem Problem, dass sich die einzelnen Kunststoffsorten nur schwer trennen lassen. Das bedeutet entweder einen großen Aufwand während des Recycling-Prozesses oder eine geringe Qualität des Rezyklats. Meist wird die Verpackung daher nicht stofflich sondern thermisch verwertet, also verbrannt.

Bio, aber günstig

Einen anderen ökologischen Weg gehen Bio-Polymere, die statt aus petrochemischen Grundstoffen aus nachwachsendem Material bestehen. Die verfügbare Palette an solchen Kunststoffen wächst stetig. Dennoch stehen Verpackungshersteller vor dem Problem, dass viele der biologischen Polymere durchlässig sowohl gegenüber Wasserdampf als auch Sauerstoff sind, beispielsweise Celulose-basierte Kunststoffe. Aber auch PLA ist wesentlich durchlässiger gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf als etwa PP. Zudem steht die gängige Vorgehensweise, die Sauerstoff-Durchlässigkeit durch eine EVOH-Schicht zu beheben, dem Bio-Gedanken entgegen. Mit diesem Problem hat sich das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung, Freising, beschäftigt. Zu den Zielen der Forscher gehört es vor allem, eine ökologische Verpackung zu entwerfen, die sich auch zu konkurrenzfähigen Kosten produzieren lässt. Das Projekt Wheylayer 2 ist ein Beispiel dafür. Es überführt das im Vorgängerprojekt Wheylayer 1 entwickelte Verfahren, ein selbstentwickeltes Molkeprotein als Sauerstoff-Barriere­schicht auf Kunststoff-Folien aufzutragen, in die industrielle Fertigung.

Derzeit testen die Wissenschaftler unter anderem die Bedruckbarkeit, Thermoformbarkeit und UV-Stabilität des Materials. Zusätzlich verbessern sie die Barriere-Eigenschaften und prüfen außerdem, ob sich das bisher eingesetzte Isolat aus Molkeprotein durch ein Molkeprotein-Konzentrat ersetzen lässt. Das würde die Produktion der Folien verbilligen. Zudem haben Versuche bewiesen, dass sich die Molkeproteine nach Ende des Produktlebens rückstandsfrei von der Folie entfernen lassen. Einer sortenreiner Rückgewinnung des Verpackungsmaterials steht also nichts im Wege.

Wie hältst du’s mit dem Klima

Egal wie nachhaltig eine Verpackung auch ist: 90 Prozent der Energie, die dazu aufgewendet wird, um etwa ein Pfund Kaffee ins Supermarktregal zu bringen, wird für den Kaffee selbst aufgewendet. Nur 10 Prozent für die Verpackung. Anbau, Ernte, Verarbeitung, Transport und so weiter verbrauchen also den Löwenanteil der Energie. Geht es also darum, ein Produkt nachhaltiger zu machen, ist es unter Umständen kontraproduktiv, die vormalige Kunststoffverpackung jetzt aus Papier herzustellen. Denn wenn deren Sauerstoff- und Wasserdampf-Durchlässigkeit wesentlich höher ist und das Produkt dadurch schneller verdirbt, hat man sich angesichts der Nachhaltigkeit einen Bärendienst erwiesen. Vor diesem Hintergrund spricht eben auch Martin Schmid vom Fraunhofer IVV, wenn er den Produktschutz als oberste Prämisse einer Verpackung bezeichnet.

 

Branche im Detail

Kunststoffverpackungen gefragter denn je

Aus Sicht der Verpackungshersteller sehr positiv entwickelt sich der private Konsum von Produkten in Kunststoffverpackungen: Der Verbrauch von Kunststoff-Folien, -Beuteln und Etiketten zwischen 2010 und 2011 (neuere Zahlen sind nicht verfügbar) von gut 900.000 auf rund 950.000 t.

Der Verbrauch von Dosen, Bechern und Kleinbehältern stieg von knapp 450.000 auf etwa 470.000 t. Doch diese Zahlen widersprechen den Produktionsmengen von Kunststoff-Packmitteln und Verpackungsfolien: Zwischen 2011 und 2012 sank beispielsweise die produzierte Menge an Folien um 1,6 Prozent auf 1,7 Millionen t.

Der Umsatz ging um 1 Prozent auf 4,9 Milliarden Euro zurück. Ähnlich verlaufen die Kurven bei den Bechern und Dosen: Deren Produktion ging um 1,2 Prozent auf 591.000 t zurück; der Umsatz um 0,4 Prozent auf 1,8 Milliarden Euro. Damit verzeichneten die Hersteller von Lebensmittelverpackungen, die zu großen Teilen aus Folien sowie Dosen und Bechern bestehen, eine im Vergleich zur Verbrauchsmenge deutlich negative Entwicklung. Dennoch versprüht der Konjunkturtrend der Industrievereinigung Kunststoffverpackungen Optimismus: 41 Prozent der Mitgliedsunternehmen gehen von steigenden Umsätzen im Jahr 2014 aus. Damit hat sich der Anteil im Vergleich zur Vorjahresbefragung annähernd verdoppelt. Die allgemeine Wirtschaftslage beurteilen knapp 60 Prozent der Befragten Firmen positiv.

Autor

Über den Autor

David Löh ist Redakteur des Plastverarbeiter. david.loeh@huethig.de