Nachhaltige, biobasierte Verpackungskonzepte

Das Ziel des 2020 initiierten EU-Projektes BIOnTop (Grant Agreement Number GA 837761) ist die Entwicklung nachhaltigerer Verpackungskonzepte für unterschiedliche Anwendungen in der Life Sciences Industrie.

Dabei werden verschiedene Rohstoffe zum Entwickeln biobasierter Packstoffe, deren Beschichtungen und die Evaluierung des Verwertens von 21 Expertenteams erforscht. Aus Polymilchsäure hergestellte Kunststofffolien werden durch neue Beschichtungstechnologien optimiert und sollen vergleichbare Barriere- als auch Verarbeitungseigenschaften aufweisen als herkömmliche erdölbasierte Kunststoffe.

PLA als vielversprechende Alternative

Recherchen ergaben, dass vor allem Verpackungen basierend auf Polymilchsäure vielversprechend sind. Polymilchsäure(PLA)-basierte Kunststoffe können synthetisch in großtechnischem Maßstab hergestellt werden und nehmen bereits einen beträchtlichen Anteil 16,2 Prozent ein. Durch chemische oder physikalische Modifizierung von PLA konnten biobasierte Folien hergestellt werden, die in ihren optischen und mechanischen Eigenschaften vergleichbar sind mit herkömmlichen Polyesterfolien. Auch das Potential der technischen Verarbeitbarkeit von PLA wurde bereits ausführlich untersucht. Durch eine Erhöhung der Viskosität der PLA-Schmelze konnte deren Verarbeitung mittels Blasfolienextrusion wie mit herkömmlichen aus Erdöl hergestellten Kunststoffen durchgeführt werden.

Für Produkte mit geringer Haltbarkeitsdauer wie Frischfleischverpackungen, können PLA-basierte Verpackungen bereits verwendet werden und somit als nachhaltige Alternative zu petrochemisch-basierten Kunststofffolien dienen. Allerdings ist bei Produkten mit einer mittleren bis längeren Haltbarkeit beziehungsweise bei sensiblen Produkten die Verpackung mit PLA nicht geeignet. Insbesondere die geringen Barriereeigenschaften gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf von PLA-Folien sind ungenügend, um hochsensible Lebensmittel, Kosmetika oder pharmazeutische Produkte ausreichend zu schützen.

Das Problem der Barriere

Um gute Sauerstoffbarriereeigenschaften zu erreichen, werden in der Verpackungsindustrie meist Ethylen-Vinyl-Alkohol-Copolymere (EVOH) eingesetzt. EVOH wird allerdings aus Erdöl hergestellt und ist nicht biologisch abbaubar. Zudem wird EVOH ausschließlich in Verbundfolien eingesetzt. Die Verbundpartner dieser Folien lassen sich aktuell nicht mit wirtschaftlichen Methoden sortenrein Trennen und sind daher nicht recyclingfähig.

Molkenprotein als Ersatz für EVOH

Molkenproteine für Beschichtungen von Kunststofffolien können die Sauerstoffbarriere erhöhen und haben somit das Potential zum Ersatz von EVOH in Mehrschichtfolien. Sie haben darüber hinaus den Vorteil, dass sie biobasiert und bioabbaubar sind. Darüber hinaus liegen Molkenproteine als Beschichtung in denaturierter Form vor, sodass sie gering bis nicht löslich in Wasser sind. Nachteile der Beschichtungen aus Protein sind die geringen Barriereeigenschaften gegen Wasserdampf. Um diese Nachteile zu überwinden, werden im Rahmen des Projektes Fettsäuren als zusätzliche Beschichtung erforscht („fatty acid grafting“), die das Material hydrophober und hierdurch wasserabweisender machen.