{"id":37881,"date":"2020-09-16T13:00:53","date_gmt":"2020-09-16T11:00:53","guid":{"rendered":"https:\/\/packaging-journal.de\/?p=37881"},"modified":"2020-09-16T15:42:30","modified_gmt":"2020-09-16T13:42:30","slug":"bio-based-barrier-coatings-for-paper","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/biobasierte-barrierebeschichtungen-fuer-papier\/","title":{"rendered":"Bio-based barrier coatings for paper"},"content":{"rendered":"

Verpackungen aus erneuerbaren Materialien wie Papier eignen sich aufgrund der geringen Gasbarriere meist nicht f\u00fcr haltbare Lebensmittel mit hoher Wasseraktivit\u00e4t. Wissenschaftler am Fraunhofer IVV wollen das \u00e4ndern und suchen jetzt nachhaltige Barrierel\u00f6sungen.<\/p>\n

Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising arbeitet an der Entwicklung modernster biobasierter Beschichtungen und Klebstoffe, die als Wasserdampf-, Sauerstoff- sowie Mineral\u00f6lbarrieren<\/strong> fungieren. Das Ziel: erd\u00f6lbasierte Verpackungsmaterialien f\u00fcr Lebensmittel durch biobasierte Mehrschichtsysteme zu ersetzen und gleichzeitig die Funktionalit\u00e4t zu verbessern.<\/p>\n

Proteine und Zellulose sch\u00fctzen vor Sauerstoff<\/h2>\n

Um die Menge an Sauerstoff, die in eine Verpackung eindringt, zu minimieren, verwenden Hersteller normalerweise teure Polymere auf Erd\u00f6lbasis, wie zum Beispiel Ethylenvinylalkohol (EVOH) als Barrierematerialien. Wissenschaftler des Fraunhofer IVV setzen nun Zellulose sowie verschiedenste Proteine anstelle von synthetischen Kunststoffen zur Herstellung wasserbasierter, nasschemischer Beschichtungen ein. Diese sind beispielsweise Molkenproteine, Caseine, aber auch pflanzliche Proteine aus Lupinen, Kartoffeln, Sonnenblumen oder Rapssamen.<\/strong><\/p>

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\"Dr.
(Bild: Fraunhofer IVV)<\/figcaption><\/figure>\n

\u201eWir haben verschiedene Proteinrezepturen entwickelt, die als Rohmaterial f\u00fcr eine Beschichtung zum Schutz vor Sauerstoff dienen. Nun suchen wir Industrie- und Forschungspartner, mit denen wir gemeinsam diese Entwicklungen auch in die industrielle Anwendung bringen.\u201c Dr. Martina Lindner<\/strong>, Wissenschaftlerin und Gesch\u00e4ftsfeldmanagerin Verpackung am Fraunhofer IVV.<\/p><\/blockquote>\n

Die Wissenschaftler haben eine Reihe unterschiedlicher Methoden getestet, um geeignete Proteinrezepturen mit ausgezeichneten Filmbildungseigenschaften zu erhalten. Damit die Beschichtungen flexibel genug sind und keine Risse w\u00e4hrend der Verpackungsherstellung bilden, haben sie die Proteine anschlie\u00dfend mit verschiedenen essbaren Weichmachern gemischt<\/strong>.<\/p>\n

Ein zweiter Ansatz ist die Entwicklung nanozellulosebasierter Beschichtungen.<\/strong> Nanozellulose stammt aus Holz und weist eine sehr hohe Barriere gegen\u00fcber Sauerstoff und Mineral\u00f6l auf. Sie ist wasserl\u00f6slich und kann deswegen auch in Form eines Lacks aufgetragen werden.<\/p>\n

Dennoch muss f\u00fcr diese Anwendung die Nanozellulose weiter funktionalisiert werden, um geeignete Materialcharakteristika zu erhalten. Dann k\u00f6nnte es m\u00f6glich sein, EVOH, Polyamid (PA) und Polyvinylidenchlorid (PVdC) in bestimmten Anwendungen zu ersetzen<\/strong>. In Zukunft sind auch alternative Quellen f\u00fcr Nanozellulose vorgesehen, beispielsweise kurzfaserige recycelte Pulpe, die normalerweise verbrannt wird, Weizenstroh bzw. -spelzen oder hochreine bakterielle Nanozellulose.<\/p>\n

Wachse und Cutin weisen Wasser ab<\/h2>\n

Viele biobasierte Materialien sind hydrophil und bieten daher keine gute Barriere gegen\u00fcber Wasser.<\/strong> Es gibt aber biologische Prozesse, bei denen der Transport von Wasser durch die Pflanzen selbst limitiert wird \u2013 mithilfe von Wachs und Cutin. Wachse kommen auf der Oberfl\u00e4che von Pflanzen vor, die in warmen und trockenen Klimazonen wachsen und sich so vor Wasserverlust sch\u00fctzen. Cutin ist ein nat\u00fcrliches Polymer, das in Pflanzen als Zwischenschicht zwischen der Wachsoberfl\u00e4che und der zellul\u00e4ren darunterliegenden Struktur vorkommt.<\/p>\n

Die verwendeten Wachse wurden aus der Oberfl\u00e4che von Pflanzen (Olive, Efeu und Zitrone) extrahiert, zu einer Dispersion auf Wasserbasis verarbeitet und als Beschichtung auf Papiere und Kunststoffe aufgetragen. Die Forscher konnten zeigen, dass die Wasserdampfdurchl\u00e4ssigkeit damit deutlich reduziert werden kann. Die Barrierewirkung selbst entspricht in etwa der von PE.<\/strong><\/p>\n

Bez\u00fcglich der Gasbarriere die vielversprechendste Alternative: mit Ethanol extrahiertes Olivencuticulawachs, das sogar mit kommerziellen Wachsen mithalten kann<\/strong>. Versuche in Pilotanlagen konnten zeigen, dass ein Upscaling des Beschichtungsprozesses m\u00f6glich ist und sogar zu Ergebnissen f\u00fchrt, die besser sind als im Laborma\u00dfstab. Da aber alle nat\u00fcrlichen Wachse einen Schmelzpunkt unter 90 \u00b0C haben \u2013 was die Siegel- und Kratzfestigkeitseigenschaften der Beschichtungen beeinflusst \u2013, arbeiten die Wissenschaftler derzeit an der weiteren Verbesserung dieser Formulierungen.<\/p>\n

\"Papier
Biobasierte Beschichtungen k\u00f6nnen als Wasserdampf-, Sauerstoff- sowie Mineral\u00f6lbarrieren fungieren. (Bild: Fraunhofer IVV)<\/figcaption><\/figure>\n

Abgesehen von den Wachsen ist auch Cutin ein vielversprechendes Rohmaterial. Basierend auf dem nat\u00fcrlichen Vorbild entwickelten die Wissenschaftler eine cutinbasierte Beschichtung f\u00fcr Papierprodukte. Diese ist wasserabweisend und erh\u00f6ht somit die Dimensionsstabilit\u00e4t und Rei\u00dffestigkeit von papierbasierten Produkten in feuchter Umgebung. Die Beschichtung kann als Dispersion auf Wasser- oder Ethanolbasis aufgetragen werden und k\u00f6nnte eine n\u00fctzliche Anwendung f\u00fcr wasserabweisende Umschl\u00e4ge, Gem\u00fcsetransportkisten, Kartonverpackungen f\u00fcr Joghurtbecher<\/strong> oder andere Anwendungen sein. Au\u00dferdem ist diese Beschichtung als biobasierte Alternative zu PE-Extrusionsbeschichtungen f\u00fcr Papier und Polymersubstrate denkbar.<\/p>\n

Barrierebeschichtung mit Klebstoff<\/h2>\n

Neben Barrierebeschichtungen entwickeln die Wissenschaftler auch biobasierte Klebstoffe, die gleichzeitig eine hohe Sauerstoffbarriere aufweisen<\/strong>. So kombinieren diese Klebstoffe die Eigenschaften zweier Materialien in einer einzelnen Schicht, was den Materialverbrauch im Bereich der Lebensmittelverpackungen potenziell senken k\u00f6nnte.<\/p>\n

\"Papier
(Bild: Fraunhofer IVV)<\/figcaption><\/figure>\n

Das Fraunhofer IVV hat einen speziellen Prozess entwickelt, um Proteine aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie zu extrahieren. Diese durchlaufen dabei strukturelle \u00c4nderungen, die zu den gew\u00fcnschten klebenden Eigenschaften f\u00fchren, die sehr gute Sauerstoffbarriere aber aufrechterhalten. Daher kann eine solche Beschichtung Barrierepolymere wie EVOH auf petrochemischer Basis ersetzen und gleichzeitig als Kaschierklebstoff in Mehrschichtverpackungen<\/strong> fungieren.<\/p>\n[infotext]\n\"Logo
\nDie genannten Entwicklungen werden derzeit im Rahmen der folgenden \u00f6ffentlich gef\u00f6rderten Forschungsprojekte weiterentwickelt: BionicBarrier (unterst\u00fctzt durch das Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung; F\u00f6rdervereinbarung 031B0701); BioActiveMaterials (unterst\u00fctzt durch das Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft, Mittelstand und Energie auf Basis der Entscheidung des deutschen Bundestages, F\u00f6rdervereinbarung 222 EN); Ecoat (finanziert durch die Bio Based Industries Joint Undertaking (JU) unter dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europ\u00e4ischen Union unter der F\u00f6rdervereinbarung Nummer 837863. Die JU erhielt Unterst\u00fctzung vom Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europ\u00e4ischen Union und dem Bio Based Industries Consortium.); NanoCELL (unterst\u00fctzt durch das Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung; F\u00f6rdervereinbarung 03XP0196F); ProCell (EIT Food \/\u00a0 Europ\u00e4ische Union, F\u00f6rdervereinbarung 20137).[\/infotext]\n

http:\/\/www.ivv.fraunhofer.de<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Scientists at the Fraunhofer IVV are developing sustainable barrier solutions for renewable materials such as paper, which should then be suitable as a packaging material for food.","protected":false},"author":20,"featured_media":37882,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"__cvm_playback_settings":[],"__cvm_video_id":"","rank_math_description":"","rank_math_focus_keyword":"","rank_math_title":"","csco_display_header_overlay":false,"csco_singular_sidebar":"","csco_page_header_type":"","csco_page_load_nextpost":"","csco_post_video_location":[],"csco_post_video_location_hash":"","csco_post_video_url":"","csco_post_video_bg_start_time":0,"csco_post_video_bg_end_time":0,"footnotes":"","_links_to":"","_links_to_target":""},"categories":[28,22],"tags":[58744,57569,38,31,1487],"class_list":{"0":"post-37881","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-aus-dem-magazin","8":"category-packmittel-und-packstoffe","9":"tag-forschung","10":"tag-fraunhofer-ivv","11":"tag-lebensmittel","12":"tag-nachhaltigkeit-und-green-packaging","13":"tag-papier-pappe-karton","14":"cs-entry","15":"cs-video-wrap"},"acf":[],"vimeo_video":null,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/37881","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/20"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=37881"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/37881\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/37882"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=37881"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=37881"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=37881"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}