Biologisch abbaubarer Verpackungen aus Pflanzenfasermischungen
In der Verpackungsindustrie besteht starkes Interesse an Materialien, die aus nachwachsenden Rohstoffen wie beispielsweise Naturfasern hergestellt werden. Bislang war der Einsatz von biologisch abbaubaren Materialien in der Lebensmittelverpackung jedoch aufgrund der mangelhaften Barriereeigenschaften und der schwachen mechanischen Eigenschaften, die natürliche Polymere aufzeigten, nur begrenzt möglich. Die Lösung für dieses Problem war die Aufwertung biologisch abbaubarer Materialien im Rahmen des Projekts FLHEA (Flax and hemp advanced fiber based composites), in dem man den Einsatz von Flachs und Hanf als nachhaltige Rohmaterialien für verbesserte Verpackungen erforschte. Aufgrund der hohen Zellulose- und geringen Ligningehalte fiel die Wahl auf Flachs- und Hanffasern, um eine schnellere Bearbeitungsroute zur Isolierung der Zellulose-Mikro-/Nanofasern zu bieten. Eine Zellulosequelle, Extraktion fundmentaler kristalliner Zelluloseregionen durch saure Hydrolyse, führte zur Isolation von nanokristallinen Zellulosefraktionen, sogenannten Nanobärten (Nanowhisker). Während des Projekts entwickelten die Forscher Verfahren zur einfachen Handhabung und Manipulation von Zellulosefasern. Aus diesen Fasern wurden nanokristalline Zellulosefraktionen isoliert. Die Oberflächen dieser Nanopartikeln wurden chemisch modifiziert, um ihre Kompatibilität mit den hydrophoben Polymermatrizen zu erhöhen und um ihr Verklumpen während der Mischungsherstellung zu verhindern. Dadurch wird eine gute Dispersion und Interaktion mit Polymermatrizen erreicht. Nach erfolgter Optimierung der Prozessparameter der Mischungsherstellung im Sinne der Gewährleistung der gewünschten Verteilung der Verstärkungsphase in der Polymermatrix wurden co-extrudierte Platten im Pilotmaßstab hergestellt. Außerdem fand für das Thermoformen von Schalen für Lebensmittelverpackungsanwendungen eine Auslegung im industriellen Maßstab statt. Es wurde festgestellt, dass Flachs aufgrund dessen höheren Zellulosegehalts am besten als Fasergrundlage geeignet ist. Forscher konnten den extrahierten Zelluloseertrag bei Flachs im Vergleich zu Hanf zudem um mehr als 20 % verbessern. Dieses Projekt wird zur Entwicklung und Verwendung biologisch abbaubarer Materialien zu Verpackungszwecken beitragen. Die Entwicklung solcher Stoffe aus nachhaltigen Pflanzen kann zudem die Wirtschaft stärken und die Umweltkosten durch Verpackungen reduzieren.
Schlüsselbegriffe
Flachs, Hanf, biologisch abbaubare Materialien, Lebensmittelverpackung, FLHEA, Zellulose
