Forschende des Fraunhofer IST haben in einem Projekt pflanzliche Öle und Extrakte aus Baumrinde genutzt, um feuchtigkeitsabweisende Beschichtungen für Papier zu erzeugen. Damit wollen sie Kunststoffverpackungen ersetzen und neue Anwendungsfelder für Papier erschließen.
Wenn Lebensdauer, Beständigkeit und die Qualität von Papierprodukten verbessert werden, könnte das Potenzial des Werkstoffs Papier noch besser ausgeschöpft werden. Dieser Aufgabe widmeten sich Forschende des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Darmstadt und dem Thünen-Institut für Holzforschung im Projekt BioPlas4Paper. Sie setzen auf Pflanzenstoffe wie Oregano- oder Chiaöl sowie auf aus Rindenmaterial gewonnene Extraktstoffe, um homogene, feuchtigkeitsabweisende Schichten auf Papier zu erzeugen.. Diese Pflanzeninhaltsstoffe zeichnen sich unter anderem durch ihre antibakterielle Wirkung aus.
“Wir verwenden bislang ungenutzte Pflanzenstoffe mit einem hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren, um Papier hydrophob, also wasserabweisend, zu gestalten. Hierfür setzen wir Atmosphärendruck-Plasmatechnologie ein, bei der Gas mittels Hochspannung unter Umgebungsdruck derart angeregt wird, dass ein Plasma, also ein Teilchengemisch, zündet.“
Martin Bellmann, Wissenschaftler am Fraunhofer IST in Braunschweig
Die Pflanzenstoffe werden durch die Zugabe von Stickstoff in ein Aerosol überführt und als dampfförmige organische Vorläuferverbindungen in das Plasma eingeschleust, um daraus Polymernetzwerke bilden zu können. Experten bezeichnen diesen Vorgang als Plasmapolymerisation. Die mikrometergroßen Partikel verbinden sich miteinander zu Plasmapolymeren, die winzigen Tröpfchen vernetzen sich aber auch mit dem Papier und legen sich flächig auf das raue Papiersubstrat, wobei sie tief in die Poren und Fasern der Oberfläche eindringen.
Wassertropfen kommen nicht durch das beschichtete Papier hindurch. (Bild: Fraunhofer IST)
In zahlreichen Tests mit einer breiten Palette an Pflanzenölen und Extraktstoffen konnten die Forscherinnen und Forscher nachweisen, dass sich biobasierte Stoffe mittels Plasma reproduzierbar und homogen abscheiden bzw. abtrennen lassen. Sehr gute hydrophobe Schichten ließen sich etwa mit Oliven- und Chiaöl erzielen. Martin Bellmann: „Ein Anwendungsbeispiel sind Umzugskartons, die mit unseren hydrophoben Schichten auch länger Regen ausgesetzt sein können, ohne aufzuweichen.“
Ziel ist es, den Werkstoff Papier für immer anspruchsvollere Nutzungsszenarien auszurüsten und damit künftig auch Plastikmaterialien zu ersetzen. „Aktuell werden für die Veredelung des Werkstoffs Papier noch Beschichtungen oder Additive petrochemischen Ursprungs verwendet, das wollten wir unbedingt vermeiden. Durch den Einsatz natürlicher Rohstoffe, für deren Gewinnung und Verarbeitung moderne Technologien genutzt wurden, ist uns das auch gelungen“, erklärt Dr. Andreas Geißler, Projektleiter am Fachbereich Makromolekulare Chemie & Papierchemie der TU Darmstadt und Koordinator „BioPlas4Paper“.
