Nachhaltige Hochbarriere-Verpackungen

Die Entwicklung und Herstellung von nachhaltigen und recyclefähigen flexiblen Hochbarriere-Verpackungen stellt eine erhebliche technische Herausforderung dar. Umso mehr, da der Markt neue Lösungen fordert, die die gleichen Eigenschaften wie traditionelle Mehrmaterial-Verbundverpackungen bieten, die nicht recyclebar sind.

Die enge Kooperation entlang der gesamten Wertschöpfungskette ist daher unerlässlich. Dies umfasst jeden Schritt, von der Produktion der Ausgangsmaterialien (wie Kunststoffgranulat für die Extrusion oder Hybridharze als wichtiger Bestandteil für die Herstellung von Barrierelacken), über die Folienextrusion bis hin zur Gewährleistung der Barrierefunktionalität des Substrats. Auch die Prozesse des Bedruckens, Laminierens, Beschichtens und der Verpackungsherstellung müssen optimiert werden, um die Produktion und Verarbeitung neuartiger Substrate zu ermöglichen.

Alternative zu nicht-recyclebaren metallisierten Verpackungen

Ein gutes Beispiel ist die oneBarrier PrimeCycle-Lösung, die von Bobst in Zusammenarbeit mit Dow, Michelman, Sun Chemical und Zermatt entwickelt wurde. PrimeCycle bietet recyclefähige Hochbarriere-Substrate aus transparentem AlOx- oder undurchsichtigem AluBond-basiertem voll PE-Monomaterial. Diese Lösung kommt ohne EVOH oder Topcoat aus.

Die Wirksamkeit und Praktikabilität der oneBarrier PrimeCycle-Lösungen sind nachweislich belegt und mittlerweile kommerziell verfügbar. Verpackungsdesignern erhalten damit eine echte Alternative zu nicht-recyclebaren metallisierten Verpackungen.

Das oneBarrier PrimeCycle PE AlOx-Monomaterial hat eine Recyclingfähigkeit von 98% erreicht und wurde vom deutschen Institut Cyclos-HTP zertifiziert – ein beeindruckender Erfolg für eine Hochbarriere-Folie. Auch die oneBarrier FibreCycle AluBond-Struktur wurde von verschiedenen europäischen und amerikanischen Instituten, darunter das PTS Institut, Aticelca, die Western Michigan University und4evergreen, als recyclebar anerkannt.

Produktion der oneBarrier PrimeCycle Substrate

Der Erfolg von oneBarrier hängt von der präzisen Optimierung jeder Produktionsstufe ab:

• Optimierung der für die Blasfolienextrusion verwendeten Ausgangsstoffe (Kunststoffgranulat, Additive) und ihrer Eigenschaft zum Ausgleich der Nichtpolarität von Polyolefinen (PE) sowie Optimierung der Versiegelungsfolie.
• Optimierung der extrudierten Folie durch MDO-Ausrichtung (Machine-Direction Orientation) zur Verbesserung der mechanischen und optischen Eigenschaften.
• Optimierung der Primer-Beschichtung und des Vakuumbeschichtungsprozesses für das transparente AlOx GEN II oder das undurchsichtige AluBond sowie die nachfolgenden Druck- und Konvertierungsprozesse.

Der Produktionsprozess beginnt mit einem speziell entwickelten Harz, das auf maximale Wärmebeständigkeit und Rezeptionsfähigkeit für die Beschichtung ausgelegt ist, um die Barriereanforderungen zu erfüllen. Verschiedene Tests auf dem Bobst oneBarrier Expert Coater halfen, die optimale Primer-Formulierung und Beschichtungstechnologie zu finden: Eine Formulierung, die eine Barriere gegen Sauerstoff und Wasserdampf bietet, gute Polarität für das Auftragen der nachfolgenden Metallschicht aufweist und eine ausgezeichnete Haftung zwischen der nicht-polaren Basisfolie und der Primer-Schicht erzielt sowie die Schaumbildung bei Dosierung mit hoher Geschwindigkeit vermeidet.

Die Spannung des Coaters von der Abwickler-  bis zur Wicklerstation und die Temperatur des Trocknungstunnels sind ebenfalls kritische Punkte, um die optimale thermische Belastung sicherzustellen und Defekte in der MDOPE-dehnbaren Folie zu vermeiden.

Der AlOx GEN II- oder AluBond-Auftrag erfolgt auf einem Bobst Expert K5 Vakuum-Metallisierer, der kritische technische Herausforderungen in Bezug auf Wärmeempfindlichkeit, Dehnbarkeit und geringe Polarität mit entsprechenden technischen Lösungen meistert. Anschließend wird die Folie auf einem Bobst Novalam SX 550-Laminator mit einem lösemittelfreien Kaschierkleber auf eine PE-Siegelfolie laminiert.

Der oneBarrier-Prozess kommt ohne EVOH und Topcoat aus. Es bietet eine Barriereleistung, die der von metallisiertem Polyester oder sogar Aluminium entspricht (AlOx OTR + WVTR <1 (hohe Barriere) – AluBond OTR+WVTR <0.1 (ultrahohe Barriere). Die Verbundhaftung entspricht den Marktanforderungen.

„Für Bobst hat die Realisierung recyclefähiger flexibler Verpackungen für unsere Kunden höchste Priorität. Mit den oneBarrier-Lösungen haben wir bereits einen bedeutenden Meilenstein erreicht. Wir werden weiterhin an neuen Entwicklungen und Strukturen in polymerbasierten und faserbasierten Anwendungen arbeiten und unsere gemeinsame Forschung und Entwicklung intensivieren. Zudem werden wir neue Lösungen zur Bewertung einreichen und zusätzliche Zertifizierungen durch unabhängige Institute beantragen“, so Sara Alexander, Marketing- und Kommunikationsmanagerin der Flexible Packaging Industry bei Bobst.

Fazit

Für Konverter bietet der Bobst oneBarrier PrimeCycle-Prozess zahlreiche Vorteile. Als Maschinenhersteller, der End-to-End-Lösungen für flexible Verpackungen anbietet, kann Bobst nahtlose Integrationen in den Workflow bieten und entsprechende Lösungen wie Tief- oder CI-Flexodruck sowie Laminierung und Beschichtung bereitstellen. Dies sorgt für optimalen Produktschutz und maximiert Qualität, Nachhaltigkeit, Produktivität und Marktakzeptanz, während gleichzeitig das Risiko von Defekten bei Verpackungssubstraten minimiert wird.