Nachhaltige Kunststoffe für Lebensmittel Mehrlagenfolie aus Biopolymeren erhält natürliche Beschichtung

Viele äußere Einflüsse bedrohen die Qualität von Lebensmitteln. Kunststofffolien schaffen Abhilfe. Forscher am Fraunhofer IMWS in Halle entwickeln nun auch Biofrischhaltefolien mit natürlicher Bakterienabwehrschicht.

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Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Lebensmittelverpackungen aus Kunststoff werden speziell angepasst, damit die Produkte vor Umwelteinflüssen wie Licht, Verunreinigungen, Beschädigungen, Mikroorganismen geschützt sind. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt arbeitet das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS mit dem Folienspezialisten Polyfilm Extrusion GmbH an der Entwicklung von biopolymerbasierten Folien für Lebensmittelverpackungen, heißt es präziser. Dabei setzen die Fachleute unter anderem auf Chitosanbeschichtungen, um die Lebensmittel gegen mikrobiologische Angriffe unempfindlicher zu machen.

Die Zeichen stehen auf Nachhaltigkeit im Verpackungsfolienbereich

Es gebe derzeit einen hohen industriellen Bedarf an technischen Folien und Verpackungsfolien, wie man sie etwa als Schutz für Getränkeflaschen, Möbelfronten, Ladungstransporte und anderes kenne. Was die Lebensmittelverpackungen betrifft, werden zumeist flexible, transparente Folien zu deren Schutz favorisiert, die zahlreichen Anforderungen genügen müssen, sagen die Forscher. Denn der nötige Transportschutz macht eine hohe mechanische Stabilität der Folien erforderlich. Außerdem bewahren sie mithilfe eingearbeiteter Migrationsbarrieren sowohl die wertvollen Aroma- als auch Geschmacksstoffe der Produkte und sorgen so für die vom Konsument erwartete Frische und Haltbarkeit, heißt es weiter.

Um all diese Ziele zu vereinen, nutzt man in der Praxis meist Mehrlagenfolien, die verschiedene Materialeigenschaften in sich kombinieren. Die meisten dieser technischen Folien werden heute nach wie vor aus den Thermoplasten Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyvinylchlorid (PVC) hergestellt. Die Hersteller werden aber durch das 2019 in Kraft getretene Verpackungsgesetz in Zukunft dazu angehalten, die Recycling-Quote für ihre Kunststoffverpackungen von derzeit 36 % auf zukünftig 63 % zu verbessern, betont das IMWS. Damit nehme die Nachhaltigkeit in der Verpackungsmittelindustrie einen immer bedeutsameren Stellenwert ein und recycelte beziehungsweise recycelbare Materialien, biologisch abbaubare und/oder biobasierte Kunststoffe würden zukünftig an Bedeutung gewinnen.

Innovative, barrierestarke Bio-Mehrlagenfolie im Entwicklungsfokus

Im Zuge dessen gilt es, Materialinnovationen zu schaffen und Alternativen zu den konventionellen Polymersubstraten einschließlich der Barrierematerialien zu finden, um darauf basierende nachhaltigere Produkte zu entwickeln. Neue Materialien, die im besten Falle biologisch abbaubar, gut recycelbar und/oder aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen, können außerdem dazu beitragen, alternative Entsorgungswege zu erschließen und ressourcenschonender zu produzieren, meinen die Forscher aus Halle an der Saale.

Das ist der Impuls, weshalb das Fraunhofer IMWS mit Polyfilm Extrusion aus Weißandt-Gölzau in Sachsen-Anhalt in einem bis August 2021 laufenden Forschungsvorhaben entsprechend ansetzen will: Gemeinsam wollen die Wissenschaftler(innen) nun biopolymerbasierte Folien für Lebensmittelverpackungen herstellen, die den komplexen Anforderungen der Branche genügen, nachhaltiger hergestellt und auch noch besser recycelt werden können, wie es weiter heißt. Das erklärte Ziel ist die Entwicklung und Herstellung von neuen, innovativen Mehrlagenfolien auf Biopolymerbasis mit verschiedenen Barriereeigenschaften und funktionalen Folienoberflächen. „Wir wollen eine Mehrlagenfolie aus Biopolymeren entwickeln, die eine effiziente Barrierewirkung und trotzdem eine hohe mechanische Stabilität, hinreichende Transparenz und weitere für den späteren Einsatz relevante Eigenschaften aufweist“, sagt Dr. Sandra Richter, Projektleiterin am Fraunhofer IMWS.

Chitin aus Krustentieren als Basissubstanz

Die Barriereeigenschaften der neuartigen Folien sollen dabei durch geeignete Biopolymerkombinationen und/oder die Einarbeitung von plättchenförmigen Füllstoffen erreicht werden. Die Projektpartner wollen die Folienoberfläche außerdem mit antimikrobiellen Eigenschaften ausstatten. Das soll durch eine Modifizierung mittels Chitosan oder Chitosanderivaten erfolgen, die in mehreren Aufarbeitungsschritten aus Chitin hergestellt werden, erklärt Richter. Die Forscherin präzisiert: „Chitosan ist ein Naturstoff, der aus den Schalen von Krustentieren gewonnen wird. Damit nutze man für die Modifizierung der Biopolymerfolien folglich einen weiteren natürlichen Rohstoff. Das Chitosan ist außer antibakteriell zu wirken auch sehr gut biokompatibel, denn es baut sich biologisch ab, ist nicht toxisch und bringt eine natürliche Barrierewirkung mit“, erklärt Richter.

Das Chitosan soll in die Außenschicht der Verpackungsfolie eingetragen, als netzartiges Vlies aufkaschiert oder als nasschemische Beschichtung auf die Folie aufgebracht werden. Ein industrielles Verfahren, das die Projektpartner entwickeln möchten, soll die Herstellung der Biopolymer-Verpackungsfolie in großen Mengen ermöglichen. Zudem streben die Forschungspartner die Entwicklung einer zerstörungsfreien Diagnostikmethode an, die speziell für Mehrlagenfolien geeignet ist und Erkenntnisse etwa über die Schichtdicken der einzelnen Folienlagen, eventuelle Verbundfehler durch Delamination oder Einschlüsse erlaubt. So kann sichergestellt werden, dass auch die neuen Bio-Folien auf industrieprozessgerechte Weise getestet werden können und die nötigen Qualitätsanforderungen erfüllen.

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