und sind die am meisten erforschten synthetischen
Biopolymere mit vielversprechenden
Eigenschaften zur Eignung für
nachhaltige Verpackungskonzepte (Auras
et al., 2010). Die optischen und mechanischen
Eigenschaften von PLA-Folien sind
vergleichbar zu herkömmlichen Polyesterfolien.
Weiterhin können PLA-basierte
Kunststoffe bereits großtechnisch hergestellt
werden und nehmen unter den
Biokunststoffen einen beträchtlichen Anteil
von 13,9 % der globalen Produktionskapazität
an Biokunststoffen ein (Stand
2019) (European Bioplastics). PLA-basierte
Kunststoffe zählen somit zu den vielversprechendsten
biobasierten Packstoffen.
Allerdings sind PLA-Folien für Produkte mit
einer mittleren bis längeren Haltbarkeit als
auch für sensible Produkte nicht geeignet.
Insbesondere die geringen Sauerstoff- und
Wasserdampfbarriereeigenschaften von
PLA-Folien sind ungenügend um sensible
Lebensmittel, Kosmetika oder pharmazeutische
Produkte ausreichend zu schützen.
Um gute Sauerstoffbarriereeigenschaften
zu erreichen soll nicht wie üblich eine
EVOH Schicht eingesetzt werden, deren
Verbund nicht recyclingfähig ist, sondern
durch neue Beschichtungstechnologien
modifiziert werden, um vergleichbare Barriere
und Verarbeitungseigenschaften
aufzuweisen als petrochemisch-basierte
Kunststoffe. Diese neuen Beschichtungstechnologien
werden durch eine von Frau
Dr. Corina Reichert geleiteten Forschergruppe
für Biopolymer Processing and
Functionalization BPF am Sustainable Packaging
Institute SPI der Hochschule Albstadt
Sigmaringen im Rahmen des BIOnTop
Projektes entwickelt. Die Forschung am
Sustainable Packaging Institute SPI findet
zukünftig in neuen Laboren und Technika
des InnoCamps Sigmaringen statt; die optimal
für die Erforschung nachhaltiger Verpackungskonzepte
ausgelegt sind.
Das Ziel des BIOnTop Projektes ist die
Entwicklung von Beschichtungen aus biobasierten
Materialien wie zum Beispiel
Fettsäuren oder Reststoffproteinen, die
bei der Lebensmittelherstellung als Abfall/
Nebenprodukt anfallen. Dabei sollen
thermoplastische PLA-Folien mittels nanoskaliger
Oberflächenfunktionalisierung
mit Fettsäuren („fatty acid grafting“) eine
wasserabweisende Beschichtung bekommen.
Damit die Fettsäuren mit der PLA-Folie
beschichtet werden können, wird eine
32 6 2020 | moproweb.de
Proteinschicht eingesetzt, um ausreichend
reaktive Gruppen zur Verfügung zu stellen.
Dabei soll die Beschichtung erst mit Molkenproteinen
auf PLA-Folien getestet werden,
da Molkenproteine sehr gut erforscht
sind und anschließend Beschichtungen
mit Materialien aus Nebenströmen der
Agrar-/Lebensmittelindustrie. Die Proteinbeschichtung
soll neben der erleichterten
Fettsäurebeschichtung, die Sauerstoffbarriereeigenschaften
der PLA-Folie erhöhen,
wie für Molkenproteinisolat-Beschichtungen
auf Kunststofffolien bereits gezeigt
wurde (Stäbler & Schmid, 2016). Molkenproteinbeschichtungen
zeigten in früheren
Forschungsarbeiten vergleichbare Sauerstoffbarriereeigenschaften
wie eine EVOH
(44 %)-Schicht (Patent WO2,013,014,493).
Molkenproteine bzw. Proteine im Allgemeinen
haben somit das Potential um EVOH in
Mehrschichtfolien zu ersetzen und stellen
so eine bio-basierte nachhaltige Beschichtungsalternative
dar.
Sofern das gelingt sollen die entwickelten
bio-basierten Mehrschichtfolien in Technika
und Industriemaßstab hochskaliert
werden und letztendlich in Abpack- und Lagerversuchen
die physikalischen und sensorischen
Parameter bewertet werden. Diese
Art der bio-basierten Verpackung auf Basis
nachwachsender Rohstoffe soll so konzipiert
werden, dass diese kosteneffizient
genutzt und recycelt werden können, was
im Labormaßstab auch schon hervorragend
mi | Verpackung
funktioniert (Cinelli et al. 2016). Für eine
ganzheitliche Betrachtung von Verpackungen
werden verschiedene End-of-Life Szenarien
erforscht und optimiert. Im BIOnTop
Projekt soll der Fokus darauf gelegt werden,
dass die nachhaltigen Verpackungen in
bestehenden Müllverwertungsanlagen verarbeitet
werden können oder diese sogar
meerwasserabbaubar sind.
Die ganzheitliche Entwicklung bio-basierter
Verpackungen und Textilien im
EU-Verbundprojekt BIOnTop soll einen entscheidenden
Fortschritt hin zu nachhaltigeren,
kreislauffähigen und marktfähigen
Verpackungen bringen, und so eine echte
umweltfreundliche Alternative zu petrochemischen
Kunststoffen bieten.
Literatur:
- Auras, R., Lim. L.-T.; Selke, S.E.M.; Tsuji, H.,
Eds.; Wiley: Hoboken, N.J. 2010. (Poly(lactic
acid). Synthesis, structures, properties,
processing, and applications; ISBN
978-0-470-29366-9.
- BIOnTop. 2019. https://biontop.eu/.
- Cinelli, P., M. Schmid, E. Bugnicourt, M.
B. Coltelli and A. Lazzeri. 2016. Recyclability
of PET/WPI/PE Multilayer Films by
Removal of Whey Protein Isolate based
Coatings with Enzymatic Detergents. Materials
9(6): 473.
- Europäische Kommission. 2018. European
strategy for plastics: https://ec.europa.eu/
environment/waste/plastic_waste.htm.
- Kaiser, K., Schmid, M., Schlummer, M. 2018.
Recycling of polymer-based multilayer
packaging: A review, Recycling, 3, 1-26.
- Patent WO2,013,014,493. Schmid, M., Noller,
K., Wild, F., Bugnicourt, E. 2011. Whey
protein coated films.
- Plastikatlas 2019: https://www.bund.net/
fileadmin/user_upload_bund/publikationen/
chemie/chemie_plastikatlas_2019.pdf
- Schmid, M., Held, J., Wild, F., Noller, L. 2011.
Thermoforming of whey-proteinbased barrier
layers for application in food packaging.
Food Science & Technology, 25, 34-35.
- Stäbler, A., Schmid, M. 2016. Thermoformbarer
Mehrschichtverbund sowie
proteinbasierte Formulierung zum Erhalt
einer thermoformbaren Schicht mit Sauerstoffbarriere
im Verbund. Deutschland,
patent application 10 2016 108 214.7.
Nachhaltige Verpackungen sollen umweltschonend
und kreislauffähig sein (Quelle:
Luma creative / Shutterstock.com)
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