Verpackungsfolien halten wir täglich in unseren Händen. Aber Filme können noch viel mehr, als nur Lebensmittel zu schützen. Sie übernehmen vielfältige Aufgaben in der Automobil-, Bau- und Chemieindustrie. Dr. Kurt Stark, Leiter Geschäftsentwicklung und Nachhaltigkeit bei Buergofol in Ingolstadt, sagte dem Kunststoffverarbeiter.
Die Fenster der Umschläge bestehen aus einer kratzfesten, hochtransparenten, entspiegelten BOPS-Folie. (Bild: Ricardo Alfaia / Buergofol)
Dr. Kurt Stark, Leiter Geschäftsentwicklung und Nachhaltigkeit bei Buergofol in Ingolstadt. (Bild: Buergofol)
Dr. Strong, Buergofol produziert auf 15 Linien mehrschichtige Blas- und Gießfolien. Warum eigentlich?
Kurt Stark: Ja, allein daran erkennt man, wie vielfältig Kunststofffolien sein können. Dahinter stecken viel Erfahrung und enorme wissenschaftliche Leistungen, die man den Folien nicht einmal ansieht. Es ist absolut üblich, je nach Folientyp und Anwendung maßgeschneiderte Systeme für die Folienproduktion zu installieren und auszuwählen. Wird beispielsweise eine besonders dicke Folie benötigt, zum Beispiel über 200 µm bis in den Millimeterbereich, empfiehlt sich ein Flachfolien- oder Gießsystem, da hier der Kunststoff von oben aus einer Flachdüse nach unten auf eine Kühlwalze gegossen wird, dh mit Schwerkraft.
Blasfolien werden jedoch gegen die Schwerkraft hergestellt, so dass diese Extrusionsanlagen kleinere Foliendicken von etwa 15 bis 200 µm produzieren sollten. Hier tritt die Kunststoffschmelze aus einer Ringdüse aus, wird zu einer Blase aufgeblasen und nach oben abgezogen. Es ist ein wunderbarer Anblick! Ist die Folie zu dick, wird die Masse der Folie zu schwer und kann nicht mehr richtig nach oben abgezogen werden, ohne dass der Schlauch abreißt.
Folien sind anspruchsvolle Produkte und maßgeschneidert für Hightech-Anwendungen. (Bild: Ricardo Alfaia / Buergofol)
Bei der Auswahl geeigneter Systeme zur Herstellung von Folien ist neben der Dicke unter anderem auch wichtig, welche Farbe, welche Breite, wie viele Lagen die Folie hat oder aus welchen Materialien sie besteht bzw. wie sie bereits ist hergestellt oder im Laufe der Produktion hergestellt werden soll, ausgestattet werden. Wird die Folie beispielsweise in einem weiteren Schritt nach der Herstellung bedruckt oder kaschiert, empfiehlt sich eine Oberflächenbehandlung bereits im Herstellungsschritt.
Dazu gehören auch 7-Schicht-Schrumpffoliensysteme. Wie sind solche Folien aufgebaut und welche Funktion übernehmen sie im Einsatz?
Stark: Es gibt ein enormes Know-how in Schrumpffolien und in den Anlagen zu deren Herstellung und ich freue mich, dass Sie genau diese Folienart ansprechen, denn sie ist sehr anspruchsvoll. Für die Konstruktion dieser Folien werden viele verschiedene Materialien verwendet. Dies sind Polyolefine, modifizierte Polyolefine zB als Haftvermittler und natürlich Barrierematerialien wie EVOH, Polyamid oder PVDC. Diese Kunststoffe müssen geschickt miteinander kombiniert werden, was natürlich das Know-how des Folienherstellers darstellt, um den Anforderungen und Vorgaben des Anwenders optimal gerecht zu werden.
In Schrumpffolie verpacktes Fleischstück. (Bild: Ricardo Alfaia / Buergofol)
Gerade bei Schrumpffolien ist die Art der Herstellung wichtig: In allen Lagen der Folie werden die Polymermoleküle zunächst orientiert bzw. gestreckt. Dies kann in eine Richtung (monoaxial) oder in zwei Richtungen (biaxial) erfolgen. Die Orientierung wird sofort „eingefroren“, so dass sich die Molekülketten nicht mehr in ihre bevorzugte Form eines „Knäuels“ zurückorientieren können. Während des Schrumpfprozesses wird der gefrorene Zustand der Polymermoleküle beispielsweise durch Zufuhr von thermischer Energie gelöst. Dann ziehen sich die zuvor erstarrten Molekülketten wieder zusammen und die Folie schmiegt sich exakt an das zu verpackende Produkt an. Dieser Vorgang wird in der Fachsprache übrigens „Entropieelastizität“ genannt. Dies liegt daran, dass Polymere in ihren entropisch bevorzugten gewickelten Zustand zurückkehren, nachdem sie verformt oder gestreckt wurden. Das kennen wir alle mit einem Gummiband.
Die mit Schrumpffolie verpackten Waren, wie zum Beispiel Lebensmittel, kommen bei dieser Verpackungsart besonders gut zur Geltung, da sich das Produkt hervorragend präsentieren lässt. Die Verpackung ist kaum zu sehen, da sie fest mit dem Packgut verbunden ist. Das Auge des Käufers ist auf das Produkt gerichtet und er kauft es sehr gerne.
Folien werden in erster Linie mit Lebensmittelverpackungen in Verbindung gebracht. Aber die Anwendungsgebiete sind vielfältig. Für welche Industriebereiche werden an den verschiedenen Standorten Folien produziert?
Nach einer Fassadendämmung sorgen Dampfsperrfolien für ein behagliches Wohnklima. (Bild: Brian Babb - unsplash.com)
Stark: Natürlich kennt jeder, der im Supermarkt einkauft, die Folie als Schutzverpackung für Lebensmittel. Aufgrund ihrer enormen Vorteile sind Kunststoffe unverzichtbar oder sogar ersetzbar. Die Folien werden natürlich auch zum Verpacken von Non-Food, also Non-Food verwendet. Durch ihre maßgeschneiderten Barriereeigenschaften gegen Aromen behalten beispielsweise Wasch- und Reinigungsmittel sehr lange ihren Duft.
In der Automobilindustrie werden Folien entweder allein verwendet, beispielsweise als Abdichtfolien gegen bestimmte Bauteile, als Abdichtfolien, als Korrosionsschutz oder zur Schalldämmung. Die Folien können auch mit Vliesen wie Vliesen verbunden werden und werden dann für die Dekoration im Fahrzeuginnenraum vorbereitet. Nicht besonders ansprechende Halbzeuge werden mit bedruckten Folien so verklebt, dass sie in Holz-, Metall- oder Steinoptik erscheinen. Wir haben auch Folien im Sortiment, die benzin- oder dieselbeständig sind und sich somit sogar für die Herstellung von Tanks eignen. Automobiltaugliche Folien können oft auch im Flugzeugbau eingesetzt werden.
Wir fertigen verschiedenste Folien für die Bauindustrie, hier geht es vor allem um eine Barrierewirkung gegen Feuchtigkeit oder Wasserdampf. Eine besondere Rolle spielt der sd-Wert bei den sogenannten „Dampfsperrfolien“. Diese steht für die „wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke“ und wird in der Einheit „Meter“ angegeben. Sie ist damit das Maß für den Widerstand, den die Dampfsperrfolie dem Durchtritt von Wasserdampf entgegensetzt. Je höher der Wert, desto besser die Barrierewirkung der Folie. Dies zeigt die große Bedeutung von Folien im Baubereich: Nur so kann ein angenehmes Wohnklima geschaffen und Feuchtigkeitsschäden oder Schimmelbildung verhindert werden.
Mit Folien lässt sich zudem viel Gewicht und Energie einsparen. Ich spreche hier von Hochbarrierefolien für die sogenannten „Vacuum Insulated Panels“ (VIP): Das sind Vakuumisolationspaneele, die durch das Prinzip der Vakuumwärmedämmung eine hocheffiziente Wärmedämmung ermöglichen. Seine Struktur besteht aus einem porösen Kernmaterial, das als Stützkörper für das im Vakuumisolationspaneel vorhandene Vakuum dient, und einer hochdichten Schale in Form einer Hochbarrierefolie, die das Eindringen von Gas in die Isolierung verhindert Panel auf lange Sicht, während das Hochvakuum verloren geht. Diese moderne Dämmart spart zudem viel Platz, da diese Dämmplatten mit einer Dicke von beispielsweise nur 2 cm die gleiche Wärmedämmwirkung haben wie eine 20 cm dicke Styroporplatte. Dadurch kann der Raum im Haus zum Wohnen und nicht zum Isolieren genutzt werden.
Wie unterscheidet sich der Aufbau einer Lebensmittelfolie grundlegend von einer technischen oder pharmazeutischen Anwendung?
Nachhaltig bedeutet Materialeinsparung bei Beibehaltung der gewohnten Eigenschaften: Hier eine Verpackung mit einer dünnen Oberfolie und einer geschäumten, leichten Unterfolie. (Bild: Ricardo Alfaia / Buergofol)
Stark: Grundsätzlich ist es möglich, Folien jeder Art für alle Anwendungen herzustellen, dh in jeder Dicke, Farbe, Breite, mit einer oder bis zu 14 Schichten. Bei Folien, die zum Verpacken von Lebensmitteln verwendet werden, geht es vor allem um deren Barriere gegenüber Gasen wie Sauerstoff und Kohlendioxid. Diese muss für jedes zu verpackende Produkt angepasst werden. Dies lässt sich am Beispiel Käse sehr gut veranschaulichen, denn es gibt gasende Käse, die noch reifen und nicht gasende Käse, die den Reifeprozess weitgehend abgeschlossen haben. Das bei der Käsereifung entstehende Gas ist Kohlendioxid, das aus der geschlossenen Verpackung entweichen können muss, damit es sich nicht ausdehnt und platzt.
Das wichtigste Kriterium für eine Folie, die zum Verpacken von Lebensmitteln verwendet wird, ist jedoch, dass keine schädlichen, migrierenden Stoffe aus dem Kunststoff in das Produkt gelangen, da diese die menschliche Gesundheit schädigen könnten. Aus diesem Grund werden intensive Migrationstests durchgeführt, um die Eignung einer Lebensmittelfolie zu beurteilen, wobei strenge Kriterien für die spezifische Migration und die Gesamtmigration angewendet werden. Diese Tests werden von akkreditierten Instituten durchgeführt, wobei die Lebensmittel mit sogenannten „Simulanzien“ simuliert werden. Es gibt beispielsweise 3 % Essigsäure oder Ethanol in Konzentrationen von 10, 20 oder 50 Vol.-%. Auf keinen Fall dürfen für den Menschen schädliche Bestandteile aus dem Kunststoff freigesetzt werden.
Diese sehr strengen Anforderungen sind übrigens auch der Grund dafür, dass Rezyklate derzeit nur in Ausnahmefällen in Folien für Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden dürfen, weil sie gesundheitsschädliche Bestandteile enthalten können. Die Behörde, die sich damit befasst und genau kontrolliert, ist die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA). Ja, die menschliche Gesundheit steht an erster Stelle, und das ist auch gut so.
Auch bei Folien für technische Anwendungen wird eine Barrierewirkung gefordert. Dabei handelt es sich meist um eine Barrierewirkung gegen Wasserdampf oder um eine Barriere gegen Öle, Monomere, Chemikalien oder Lösungsmittel.
Am Standort Siegenburg werden jährlich mehr als 15.000 Tonnen Mehrschicht-Blasfolie produziert. Gehen diese nur in den Verpackungsbereich?
Stark: Rund 70 % der Mehrschicht-Blasfolien werden im Verpackungsbereich, insbesondere Lebensmittelverpackungen, eingesetzt. Etwa 20 % der Folien werden für technische Anwendungen und für die chemische Industrie benötigt. Die restlichen 10 % fließen in innovative Hightech-Anwendungen, in die dieser Artikel einen Einblick geben soll.
Ich habe mich kürzlich gefragt, aus welchem Polymer die Fenster in Umschlägen bestehen. Können Sie mir diese Frage beantworten?
Die Fenster der Umschläge bestehen aus einer kratzfesten, hochtransparenten, entspiegelten BOPS-Folie. (Bild: Ricardo Alfaia / Buergofol)
Stark: Ja, das ist in der Tat eine interessante Frage. Die Sichtfenster für Briefumschläge bestehen aus Polystyrol, das auf eigenen Spezialanlagen zu einer biaxial orientierten, dünnen Folie, einer BOPS-Folie, verarbeitet wird. Dies geschieht bei Norflex in Nordenham bei Bremerhaven. Aufgrund der stetigen Zunahme von elektronischer Post und E-Mails ist der Bedarf an Folien für Kuvertfenster von Jahr zu Jahr gesunken. Von einst mehr als 10 europäischen Herstellern sind es mittlerweile zwei oder drei, die die hochwertigen Produkte herstellen. Aber warum ist die Herstellung dieser Folien kompliziert oder die Anforderungen hoch? Auf modernen Anlagen werden rund 1.600 Kuverts pro Minute produziert; der film muss das ermöglichen. Aus einer Rolle von 5.000 Laufmetern lassen sich über 100.000 Fenster für Kuverts herstellen. Die Folie muss eine besondere Kratzfestigkeit aufweisen, sehr transparent sein und eine hohe Oberflächenbrillanz aufweisen. Vor allem aber muss die Folie mattiert, dh entspiegelt sein, damit die Adresse hinter dem Fenster des Umschlags maschinenlesbar ist.
Für welche Produkte wird BOPS noch verwendet?
Die guten Isoliereigenschaften einer OPS-Folie werden in Telekommunikationskabeln genutzt. (Bild: Ricardo Alfaia / Buergofol)
Stark: Biaxial orientierte Polystyrolfolien oder Folien aus Styrol-Acrylnitril-Copolymeren (SAN) werden häufig in gedruckter Form für das In-Mould-Labeling (IML) eingesetzt. Bei diesem modernen Verfahren wird die bedruckte Folie in ein Tiefzieh- oder Spritzgusswerkzeug eingelegt und anschließend mit einem geeigneten Kunststoff hinterspritzt. Dies geschieht beispielsweise bei der Herstellung von Bierkisten. Der Druck auf der Bierkiste wird von der Folie „mitgebracht“, denn das Druckbild wäre bei einem Direktdruck der Bierkiste nie so brillant, ansprechend und haltbar. Aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen Eigenschaften (hoher Oberflächenwiderstand, sehr hohe Spannungsfestigkeit, hohe Isolierwirkung) werden BOPS-Folien besonders vorteilhaft in HF-Kabeln, dh Telekommunikationskabeln, oder in Kondensatoren eingesetzt. Weiterhin werden die Polystyrolfolien als sogenannte Interleaver, dh Zwischenfolien verwendet, um geschnittene Wurst- oder Käsescheiben leichter voneinander trennen zu können. Auch hier werden die Folien für eine bessere Trennwirkung geprägt.
Buergofol produziert APET-Flachfolien im Dickenbereich von 200 bis 900 µm. Diese werden aus petrochemischen Rohstoffen hergestellt und gelten als nachhaltig. Ist es nicht Selbstverleugnung?
Die APET-Schaumfolie besteht zu 99% aus PCR-Rezyklat. (Bild: Ricardo Alfaia / Buergofol)
APET-Folien werden beispielsweise zum Schutz von Displays – hier Handys – verwendet. (Bild: Ricardo Alfaia / Buergofol)
Stark: Das ist nur auf den ersten Blick ein Widerspruch. Das am 01.01.2019 in Kraft getretene neue Verpackungsgesetz befasst sich in § 21 mit der „ökologischen Gestaltung von Beteiligungsentgelten“. Hier besteht für die dualen Systeme die Verpflichtung, finanzielle Anreize zu schaffen, wenn die Verpackungen recycelbar sind oder aus recycelte Materialien oder nachwachsende Rohstoffe. Die Bundesregierung will mit den (begrenzten) Ressourcen schonender und nachhaltiger umgehen, daher ist es ein Gesetz zum Umweltschutz. Jetzt ist es Buergofol möglich, mit modernen Systemen eine APET-Folie mit über 99 % Post-Consumer-Rezyklat bereitzustellen. Dies wurde durch ein Zertifikat des Instituts Cyclos-HTP, Aachen, bestätigt. Folglich kann eine APET-Folie, eine Folie aus amorphem Polyethylenterephthalat, durchaus als besonders nachhaltig bezeichnet werden, wenn sie praktisch nur aus Rezyklaten besteht. Die erwähnte Folie ist auch für die Verpackung von Lebensmitteln geeignet, da sie von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) bestimmt und freigegeben wurde.
Für welche Anwendungen wurde dieser Film entwickelt?
Folien sind der ideale Werbeträger. (Bild: Ricardo Alfaia / Buergofol)
Stark: Diese Folie wurde speziell für nachhaltige Lebensmittelverpackungen entwickelt. Mit seiner relativ hohen Dicke von über 200 µm wird es als tiefziehfähige Wanne, Boden oder Unterfolie verwendet. In diese Mulde wird das zu verpackende Produkt beispielsweise auf ein sogenanntes FFS-Verpackungssystem (Form-Fill-Seal-System) gelegt und anschließend mit einer deutlich dünneren (40 bis 60 µm) Deck- oder Deckfolie fest verschlossen. Natürlich gibt es auch ganz andere Anwendungen für solche stabilen und robusten Folien auf Basis von APET. Die Verwendung als Displayfolie oder Folie mit Werbeaufdruck ist hier zu nennen, wird aber auch als Schutzfolie für Bildschirme oder zum Schutz des Displays von Handys verwendet. Darüber hinaus gibt es eine weitere aktuelle und sehr wichtige Anwendung von transparenten, glasklaren APET-Flachfolien: Sie dienen als Gesichtsschutz zum Schutz vor dem Coronavirus.
Lebensmittel werden teilweise in Biomaterialien aus nachwachsenden oder biologisch abbaubaren Rohstoffen verpackt. Ist der Einsatz auch für Hightech-Filme denkbar?
Verpackungsfolien aus biobasierten Rohstoffen schützen sensible Lebensmittel bis zum Endverbraucher. (Bild: Ricardo Alfaia / Buergofol)
Stark: Ja, natürlich. Bei Biomaterialien ist grundsätzlich zu unterscheiden, ob sie aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen oder biologisch abbaubar sind. Nachwachsende Rohstoffe sind exakt die gleichen Kunststoffe mit den gleichen Eigenschaften wie Kunststoffe auf Erdölbasis. Ich spreche hier zum Beispiel von Bio-PE, das von herkömmlichem, erdölbasiertem PE nicht zu unterscheiden ist. Bio-PE wurde aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen und ist somit „bio“. Andererseits gibt es auch Biomaterialien, die biologisch abbaubar sind. Diese können entweder erneuerbar sein oder sogar aus Erdöl hergestellt werden. Die Biopolymere dieser Gruppe können auch als Folie für High-Tech-Anwendungen verwendet werden, wenn dies von Vorteil ist. Ich denke dabei an PLA (Polymilchsäure), ein kompostierbares Biomaterial, das aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen wird und hervorragende Eigenschaften besitzt.
Wie steht es um die Recyclingfähigkeit von Biofolien?
Stark: Auch hier gilt die oben genannte Unterscheidung: Wenn die Biomaterialien und daraus hergestellte Folien biobasiert sind, also auf Basis nachwachsender Rohstoffe, aber ansonsten nicht von erdölbasierten Polymeren zu unterscheiden sind, sind Biofolien genauso gut ( oder genauso schlecht) recycelbar wie nicht biobasierte Kunststoffe und die daraus hergestellten Folien und Verpackungen.
Biofolien aus Biopolymeren, die sich noch nicht im etablierten Recyclingstrom befinden, dürften deutlich schwieriger zu recyceln sein, weil die Infrastruktur dafür einfach noch nicht geschaffen ist. Zum Beispiel gibt es noch keine Möglichkeit zum Trennen und Sortieren, da diese neuen Biomaterialien noch nicht gut nachgewiesen werden können. Außerdem reicht ihre Gesamtmenge noch nicht aus, um eine getrennte Trennung mit Recycling wirtschaftlich zu ermöglichen. All dies sind Kriterien, die beispielsweise das Recycling von kompostierbaren Biofolien erschweren.
Besonders kritisch wird es, wenn die biologisch abbaubaren Materialien bereits etablierte und etablierte Stoffströme von erdölbasierten Kunststoffen stören, weil diese Materialien beispielsweise nicht einfach voneinander getrennt werden können: In diesem Fall besteht sogar die Gefahr, dass die Biomaterialien diese Materialien verunreinigen fließt, so dass die anfallenden Stoffströme Rezyklat nicht mehr verwendet werden können. Petcore (PET Container Recycling Europe), ein gemeinnütziger europäischer Handelsverband mit Sitz in Brüssel, wies beispielsweise vor einiger Zeit darauf hin, darauf zu achten, insbesondere bei der Verwendung von PLA, einem biobasierten, kompostierbaren Polyester, das immer noch verwendet wird in kleinen Mengen, dass der Recyclingprozess von Polyethylenterephthalat (PET), einem meist erdölbasierten, nicht kompostierbaren Polyester, der in sehr großen Mengen verwendet wird, durch PLA nicht gestört oder gefährdet wird. Denn das würde weit mehr zerstören als die Vorteile der Verwendung von Biopolymeren.
Wie gehen Sie mit den verschiedenen Produktionsabfällen um? Führen Sie diese als PIR-Rezyklat dem Prozess wieder zu?
Stark: Ja, auf jeden Fall, sofern dies möglich ist und die Eigenschaften der Folie nicht beeinträchtigt werden. Dies erfordert auch zwangsläufig eine Anpassung der Rezepturen. Häufig müssen PIR (Post Industrial Rezyklate) nicht nur gereinigt, sondern auch getrocknet werden. Bei Polyestern führte Wasser oder Feuchtigkeit im Extrusionsprozess zum Abbau des Polymers, was die Eigenschaften der Folien stark verschlechterte. Ist ein Rezyklat in der Regel nicht trocken genug, besteht bei der Folienherstellung die Gefahr, dass das Wasser austritt und die Struktur in Form von Schaumblasen nachteilig verändert, da die Folie dadurch aufgeschäumt wird.
Wie wichtig sind Folien in Zeiten von Corona?
APET-Folien werden für die Gesichtsschilde zum Schutz vor dem Corona-Virus verwendet. (Bild: Ricardo Alfaia / Buergofol)
Stark: Wie gesagt, Folien sind immer wichtig. Sie verbessern unseren Lebensstandard und unsere Lebensqualität. Darin sind wir uns alle einig. In Zeiten von Corona sind Folien jedoch noch wichtiger geworden. Unbestritten ist, dass Kunststoffverpackungen aus Folie die Haltbarkeit von Lebensmitteln deutlich erhöhen. Während des Lockdowns, als viele Menschen zu Hause bleiben mussten, wurde viel mehr gekocht und sicher verpackte Lebensmittel verwendet. In Zeiten der Pandemie hat sich das Konsumverhalten der Menschen verändert. Sicherheit spielt die wichtigste Rolle, Themen wie Nachhaltigkeit kommen erst viel später.
Außerdem sorgen Kunststoffverpackungen für Hygiene, was die Verbreitung des Virus einschränkt. Medikamente werden nur in Folien (Blister) verpackt. Seit der Corona-Pandemie ist die Nachfrage nach Verpackungsfolien generell deutlich gestiegen. Man kann also sagen, dass die Corona-Pandemie viel schwieriger zu bekämpfen ist, wenn es keine Folien oder keine Kunststoffe gäbe.
ist Redakteur für Kunststoffverarbeitung. simone.fischer@huethig.de
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