Selbstheilende Biobeschichtungen für Papier und Pappe

Im Rahmen eines Projekts  haben Forschende die Grundlage für biobasierte Beschichtungen für Papier und Pappe mit selbstheilenden Eigenschaften geschaffen. Das beschichtete Papier ist zudem recyclingfähig. Gefördert wird das Projekt IPHeilung vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. Am Projelt beteiligt war die Friedrich-Schiller-Universität Jena und Actega, ein Hersteller von Speziallacken, Druckfarben und Klebstoffen für die Druck- und Verpackungsindustrie. Die von der Jenaer Universität entwickelten Polymere zeichnen sich durch gute Eigenschaften für den Einsatz in Verpackungen aus, insbesondere für Lebensmittelverpackungen. Sollte es gelingen, die Langzeitstabilität der so genannten Polyitakonate weiter zu verbessern, gehen die Projektbeteiligten davon aus, dass entsprechende Lösungen in vier bis fünf Jahren marktreif sein könnten. Dank des optimierten Herstellungsverfahrens sind Polyitakonate nun auch für weitere Anwendungsfelder interessant, in denen derzeit petrochemische Rohstoffe wie Styrol-Acrylate und Acrylate verwendet werden. Die Forschenden optimierten zunächst ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerdispersion aus zwei kommerziell verfügbaren Monomeren der Itakonsäure (Itakonsäureester) als Grundlage der Beschichtungen. Die genutzten Monomere sind auch bereits REACH-registriert. Hohe Umsätze und ein fast vollständiger Monomerumsatz von 99 Prozent zeichneten die Polymerisation aus. Die Hochskalierung gelang sowohl an der Uni Jena als auch im industriellen Umfeld bis in den Kilogramm-Maßstab. Itakonsäure ist eine kommerziell verfügbare, organische Säure, die man fermentativ aus Kohlenhydraten, z. B. aus Maisstärke oder Zuckerrübenmelasse, herstellt.

Fähigkeit zur Selbstheilung

Durch Zusatz eines Rheologieadditivs erreichten die Forschenden bessere filmbildende Eigenschaften der Formulierung, so dass sich sehr homogene Beschichtungen erzeugen ließen. Sogar dünne Beschichtungen zeigten die Fähigkeit zur Selbstheilung: Oberflächliche Kratzer heilten durch eine kurzzeitige Temperierung bei 100 °C komplett wieder aus, der Effekt war bis in den µm-Maßstab nachweisbar. Glanzmessungen zeigten, dass sich so auch die optischen Qualitäten der Beschichtungen vollständig wiederherstellen ließen. Die Fähigkeit zur Selbstheilung ist gegenüber den meisten kommerziellen Systemen ein Alleinstellungsmerkmal. Optimierungsbedarf besteht noch im Hinblick auf die Langzeitstabilität, da die Dispersion nach wenigen Tagen Agglomerate bildete. In Anwendungsversuchen erzielten die Forschenden die besten Ergebnisse im Bereich beschichteter Papiere für Verpackungen aus Karton. Diese zeigten eine sehr gute Bedruckbarkeit mittels LED-UV-Inkjetdrucksystem sowie eine gute Barrierewirkung gegen Fett. Für Blisterlacke erwiesen sich die Polyitakonate hingegen als nur mäßig geeignet. Die neu entwickelten und vollständig biobasierten Beschichtungen könnten gerade bei Verpackungen und speziell bei kurzlebigen Lebensmittelverpackungen die Nachhaltigkeit verbessern. Hier dominieren bislang petrochemische Beschichtungen, z. B. Styrol-Acrylat-Copolymere, Acrylat-Harze und Polyurethane. Das neue, beschichtete Papier ist außerdem recyclingfähig. Quelle: FNR