EU-Projekt „FlexFunction2Sustain“

JOANNEUM RESEARCH MATERIALS mit Standort Weiz ist einer von 19 europäischen Partnern im EU-Projekt „FlexFunction2Sustain“, die wesentlich daran beteiligt sind, Materialien und Verpackungen aus Plastik (Polymer) sowie deren Herstellungsprozesse nachhaltiger zu gestalten. Das Projekt läuft bis 2024 und hat ein Gesamtprojektvolumen von rund 16 Millionen Euro.

 

Was steckt in Verpackungen aus Plastik?

Getränkebecher, Salatschalen, Menüboxen, Tragetaschen, Spritzen und Ähnliches aus Polymeren haben vielfältige Eigenschaften. Sie schützen vor Feuchtigkeit und Schmutz, sind hygienisch, auslaufsicher und damit praktisch für unterwegs, um Essen to go zu transportieren. Verpackungen bestehen meist aus mehreren Schichten Plastik, genauer gesagt Plastiklaminaten, was das Recycling erschwert oder sogar unmöglich macht. So wird das Rezyklat, das Rohgranulat, mit dem sich neue Produkte herstellen lassen, durch eine Vielzahl an Stoffen verunreinigt. In der Folge können damit nur noch minderwertige Stoffe, wie das Plastiksackerl, erzeugt werden, was als Downcycling bezeichnet wird.

Forschungsgruppenleiterin Barbara Stadlober erklärt: „Im Sinne der Kreislaufwirtschaft ist der Recyclingaspekt bei den verschiedenen Polymeren wichtig. Laminate bestehen oft aus verschiedenen Grundstoffen, daher sind sie schwer zu trennen. Der Trend ist, homogene Bestandteile auf beispielsweise Polyethylenbasis zu verwenden, um die gleichen Eigenschaften mit einem einzelnen Polymer zu erzielen und keine Laminate zu verwenden. Dann hat man später das Auftrennungsproblem nicht. Abhilfe schafft die Anwendung verschiedener Nanocoatings, die an unserem Standort Weiz und bei Projektpartnern gemacht werden. Der Vorteil ist, dass diese beim Recyceln wegen ihrer geringen Schichtdicke nicht ins Gewicht fallen. Wenn einzelne Schichten nur ein paar Nanometer dünn sind, zählen sie nicht als zweite Komponente.“

Die verschiedenen minimalen Schichten im Nanometerbereich werden benötigt, um gewünschte Produkteigenschaften wie Sauerstoff- und Feuchtigkeitsbarriere sowie Leichtigkeit zu gewährleisten. Zusätzlich können lichtblockende und sogar antivirale und antibakterielle Funktionalität hinzugefügt werden. In diesem Projekt liegt die Verantwortung der Forscherinnen und Forscher der JOANNEUM RESEARCH darin, neue bioabbaubare UV-härtende Prägelacke zu formulieren und Stempelwerkzeuge anzufertigen, womit die Strukturen für die Nanobeschichtungen geprägt werden. Der Prägeprozess selbst wird ebenso am Standort Weiz durchgeführt. Dabei ist es essenziell, dass die Materialien zusammenpassen, die neuen UV-Lacke auf der Folie haften bleiben, der Prägeprozess selbst feinabgestimmt ist und damit die Kompatibilität von Materialien und Prozess gegeben ist. Die nachhaltige Substrat-Folienherstellung übernehmen andere Partner, zum Beispiel aus recyceltem PET oder aus nachwachsenden Rohstoffen. „Ein Beispiel aus unserem Haus ist der Druck von schillernden Hologrammen für einen großen österreichischen Hersteller von Sicherheitsmerkmalen für Banknoten. Aber auch andere Firmen setzen diese auffälligen Hologramme auf ihren Verpackungen ein, simpel als Hingucker“, erläutert Stadlober.

Wissenschaftlicher JOANNEUM-RESEARCH-Projektleiter und „Alchimist“ Dieter Nees beschreibt den Prozess so: „Das Hologramm ist kein Farbstoff, das ist einfach eine Rauigkeit, die Schillereffekte ergibt. Das findet man als Sicherheitsstreifen auf Geldscheinen, auf Zigarettenverpackungen und auf vielen Produkten, um sie ansprechender zu gestalten; es ist ein Eye-Catcher. Solche Sicherheitsmerkmale und ein Schillern für den rein optischen Effekt können wir bei uns prägen. Wir nehmen eine klassische Plastikfolie, bringen einen UV-Lack, also einen lichthärtenden Lack auf, prägen diesen, härten ihn aus – dann kommt ein Hologramm heraus.“

Prägen heißt, mit einem Stempel Oberflächen-Strukturen in ein Polymer abzuformen. Für gewöhnlich werden Kunstharze verwendet, welche allerdings bisher immer erdölbasiert waren. „Ziel ist es, auf biobasierte Materialien umzustellen. Diese können beispielsweise aus Zucker, Stärke oder pflanzlichen Ölen (beispielsweise Soja oder Rizinus-Öl) hergestellt werden. Oft sind diese biobasierten Polymere auch biologisch abbaubar. Das wäre der beste Fall, wenn wir für ein Produkt kein Erdöl benötigten. Denn das macht uns unabhängig von Mineralölimporten, und obendrein wird im gesamten Produkt-Lebenszyklus kein zusätzliches CO2 emittiert“, führt der Forscher weiter aus. Die Folien selber, die Barriere-Eigenschaften haben, werden von anderen Instituten entwickelt. Auf die bioabbaubaren Grundfolien werden in der Folge verschiedene Nanometer dünne Schichten mit dem neuen bioabbaubaren Lack aufgetragen, um die Reißfestigkeit zu verbessern, antivirale, antibakterielle und eventuell lichtblockende Eigenschaften hinzuzufügen. Das ist jetzt zwar noch Zukunftsmusik, aber in vier Jahren, am Ende der Laufzeit des Forschungsprojekts sollte das die gelebte Realität des Herstellungsverfahrens sein.

 

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Barbara Stadlober
JOANNEUM RESEARCH MATERIALS