Schonend zur Umwelt: leistungsstarke Lebensmittelverpackung aus Vollzellulose
Lebensmittelverpackungen sollen für den sicheren und effizienten Transport von Lebensmitteln in der gesamten Lieferkette sorgen und gleichzeitig die Haltbarkeit von verderblichen Erzeugnissen in Geschäften und Haushalten gewährleisten. Leider sind die Eigenschaften, durch die Verpackungsmaterialien ihre Wirksamkeit entfalten, dieselben, aufgrund derer ihre Rezyklierbarkeit eingeschränkt wird. Herkömmliche Lebensmittelverpackungen bestehen aus mehreren Schichten verschiedener Materialien wie Folie, Papier und Kunststoff, die sich nur schwer voneinander trennen lassen. Folglich landen die meisten Behälter auf Deponien oder werden verbrannt. Das Projekt CelluWiz wurde über das Gemeinsame Unternehmen für biobasierte Industriezweige, eine öffentlich-private Partnerschaft zwischen der EU und der Industrie, finanziert, um Technologien zu konzipieren, die die Herstellung kompostierbarer/biologisch abbaubarer und wiederverwertbarer Verpackungsprodukte aus Zellulose unterstützen.
Nasslaminierung mikrofibrillierter Zellulose: verhindert den Eintritt von Fett und Sauerstoff
Zellulose ist der Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwände und das am häufigsten auf der Erde vorkommende Polymer. Obwohl Zellulose keine Barriere für Fett, Sauerstoff, Wasser und Wasserdampf darstellt, sind ihre Zellulosemikrofibrillen gut gegen Fett und Sauerstoff geschützt. Mikrofibrillierte Zellulose, eine Art Nanozellulose, wird durch Vorbehandlung von Zellulosefasern – im Fall von CelluWiz enzymatisch – und anschließende mechanische Bearbeitung gewonnen. Schichten mikrofibrillierter Zellulose wurden mit dem Nasslaminierungsverfahren von CelluWiz, einer der beiden im Rahmen des Projekts entwickelten Schlüsseltechnologien, auf Karton aufgebracht. „Bei der Nasslaminierung handelt es sich um unser einzigartiges, patentiertes Verfahren, mit dem eine dünne Schicht mikrofibrillierter Zellulose ohne Klebstoff auf Papier oder Karton aufgebracht werden kann, woraus hervorragende Barriereeigenschaften gegenüber Fett und Sauerstoff hervorgehen. Mit CelluWiz haben wir den Technologie-Reifegrad fortentwickelt und erstmals leistungsstarke nasslaminierte Kartonrollen mit mikrofibrillierter Zellulose angefertigt“, erklärt Projektkoordinator Philippe Martinez vom Centre Technique du Papier.
Chromatogenie verleiht Feuchtigkeitsbeständigkeit
Das zweite wichtige Ergebnis von CelluWiz war die Verbesserung des Technologie-Reifegrads der Chromatogenie, einer umweltfreundlichen, lösungsmittelfreien Technologie, mit der Werkstoffen auf Zellulosebasis Hydrophobizität verliehen wird. „Mit CelluWiz konnten wir den Chromatogenie-Pfropfungsprozess optimieren und sowohl im Labor- als auch im Pilotmaßstab hohe Pfropfungsdichten der Schicht mit mikrofibrillierter Zellulose erreichen. Wir haben den Gehalt an gepfropften hydrophoben Fettsäuren in nasslaminierten Karton mit mikrofibrillierter Zellulose um 80 % erhöht“, erklärt Martinez. Die Pilotversuche von CelluWiz produzierten 80 kg/Tag an Verpackungsmaterial, anstelle des ursprünglichen Ziels von 1-10 kg/Tag – und mit höheren Pfropfdichten als geplant. Die Werkstoffe aus Vollzellulose sind rezyklierbar (EN 13430:2004), kompostierbar (EN 13432:2000) und unter marinen Bedingungen biologisch abbaubar (ISO 14852:1999 und ASTM D6691:2017) und wurden zur Herstellung von jeweils 100 Stück dreier Produkte verwendet: Klappschalen, Becher und Tabletts. „CelluWiz kombinierte Nasslaminierung und Chromatogenie-Pfropfung mikrofibrillierter Zellulose, um Verpackungen aus Vollzellulose mit guten Barriereeigenschaften gegenüber Fett, Sauerstoff, Wasser und Wasserdampf ohne Verwendung von Klebstoff oder Kunststoff herzustellen“, fasst Martinez zusammen. Er schätzt, dass die Materialien und Verfahren den CO2-Fußabdruck um bis zu 40 % verkleinern können, wenn sie rezyklierbare Materialien auf der Basis fossiler Brennstoffe ersetzen, und um 75 % im Vergleich zu nicht wiederverwertbaren Produkten. Die Ergebnisse von CelluWiz könnten das Verpackungswesen revolutionieren und einen enormen Nutzen für die Umwelt haben.
Schlüsselbegriffe
CelluWiz, Zellulose, Verpackung, Nasslaminierung, Chromatogenie, Papier, mikrofibrillierte Zellulose, Lebensmittelbehälter, Nanozellulose
