Dehäsive Beschichtung für Verpackungen

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Beschichtung der Flascheninnenseite mittels Niederdruck-Plasma (pink leuchtend).

Fließfähige Füllgüter wie z. B. Lebensmittel oder Körperpflegeprodukte lassen sich in den meisten Fällen nicht vollständig aus ihren Verpackungen entnehmen. Im Extremfall verbleiben bis zu 20 Prozent der Füllmenge in der Verpackung, wenn diese entsorgt wird.

Dies stellt neben dem ökonomischen Aspekt für den Verbraucher auch ein Problem für die Abfallaufbereitung dar: Für die Reinigung der Verpackungen werden zusätzliche Energie-, Zeit- und Wasserressourcen benötigt.Handelt es sich bei den Produkten um Arzneien, Chemikalien oder Pflanzenschutzmittel, müssen die herausgespülten Reste zudem entsprechend entsorgt werden.

Verbesserte Entleerbarkeit durch veredelte Oberflächen

Am Fraunhofer IGB entwickeln wir derzeit Oberflächenmodifizierungen für Verpackungsmaterialien, die die Anhaftung von Füllgütern verringern. Die Arbeiten werden im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojekts mit dem Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, Freising, und verschiedenen Industriepartnern durchgeführt.

Ziel der Oberflächenmodifizierung ist es, die in der Verpackung verbleibende Restmenge auf mindestens die Hälfte zu reduzieren. Diese neue Zusatzfunktion der Verpackung darf jedoch deren Grundeigenschaften, z. B. mechanische oder Barriere-Eigenschaften, sowie die weitere Verarbeitbarkeit nicht negativ beeinflussen. Ein besonderes Augenmerk richten wir auch auf die Produktsicherheit.

© Fraunhofer IVV
Ablaufverhalten von Ketchup in einer unbeschichteten (links) und einer plasmabeschichteten (rechts) PET-Flasche.

Plasmaverfahren ermöglicht Nanoschichten

Zur Herstellung der Oberflächenmodifizierungen setzen wir am Fraunhofer IGB Niederdruck-Plasmaverfahren (PECVDVerfahren) ein, bei denen aus der Gasphase sehr dünne polymerartige Schichten auf der Innenseite der Verpackung abgeschieden werden. Diese Schichten sind typischerweise dünner als 50 Nanometer, wobei die erforderliche Schichtdicke von der Rauigkeit des Verpackungsmaterials abhängt und über verschiedene Plasmaparameter wie Druck, Gasfluss oder Behandlungsdauer gezielt eingestellt werden kann. Um dehäsive Eigenschaften zu erzielen, muss die Wechselwirkung zwischen Verpackungsoberfläche und Füllgut minimiert werden. Dies erreichen wir durch die Erzeugung von Schichten mit geeigneter Chemie und passenden physikalischen Eigenschaften. Es werden vorwiegend Schichten mit hydrophoben Eigenschaften (Silane, Siloxane, Fluorsilane, Fluorkohlenstoffe) evaluiert.

Beurteilung und Aufskalierung

Zurzeit werden die Eigenschaften der beschichteten Oberflächen analysiert und Entleerungsversuche mit Füllgut-Simulanzien am eigens dafür entwickelten Teststand durchgeführt, um eine Korrelation zwischen Oberflächeneigenschaften und Füllgutanhaftung
herzustellen. Dabei konnten wir bereits Schichten identifizieren, die ein
besonders gutes Ablaufverhalten zeigen und die Rückstände in Modellverpackungen deutlich verringern. An einer Übertragung der Ergebnisse auf Fertigungsanlagen für den industriellen Maßstab arbeiten wir derzeit in Zusammenarbeit mit den verschiedenen Verbundpartnern.