Kleben mit Stärke: Der Weg zu umweltschonenden Verpackungen

Faltschachteln sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Ob Cornflakes, Elektronikartikel oder Medikamente – die Verpackungen aus Papier und Pappe gelten als nachhaltige Alternative. Sie sind biologisch abbaubar, ressourcenschonend und hervorragend recycelbar. Doch eine Schwachstelle bleibt: die Klebstoffe. Bislang basieren die eingesetzten Dispersionskleber auf fossilen Rohstoffen. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP arbeitet daher an einer Lösung: biobasierte Klebstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen.

Die Herausforderungen der Klebstoffentwicklung

Moderne Faltschachtelklebemaschinen erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 600 Metern pro Minute. Dies stellt hohe Anforderungen an die eingesetzten Kleber. Dr. Jens Buller, Abteilungsleiter am Fraunhofer IAP, erklärt: „Die Auftragsqualität, die Abbindezeit und die Anfangsklebkraft sind entscheidend, um die Produktion reibungslos zu gestalten.“

Ein Klebstoff muss innerhalb weniger Sekunden eine stabile Verbindung schaffen, präzise aufgetragen werden und darf dabei nicht tropfen oder Fäden ziehen. Diese Anforderungen stellen auch biobasierte Alternativen vor große Herausforderungen.

Stärkekleber als Alternative

Die Forschenden des Fraunhofer IAP setzen auf Stärke als Grundlage. Durch Modifikationen der Stärke erzielen sie die gewünschten Eigenschaften wie hohe Anfangshaftung und kurze Abbindezeit. Dabei bleibt der Kleber lebensmittelkonform – ein wichtiger Aspekt, insbesondere für Verpackungen im Lebensmittelbereich.

Dr. Buller betont: „Schon die Wahl des Rohstoffs beeinflusst maßgeblich die Eigenschaften des Klebstoffs.“ Intensive Tests im Labor und mit Industriepartnern zeigen vielversprechende Ergebnisse. Die Stärkekleber erfüllen die Anforderungen an Produktionsgeschwindigkeit und Stabilität, selbst unter schwierigen Bedingungen wie hoher Luftfeuchtigkeit.

Ganzheitliche Betrachtung

Das Projekt „Sustainable Gluing With Renewable Adhesives“ (SUGRA) verfolgt einen interdisziplinären Ansatz. Neben den Forschenden am Fraunhofer IAP arbeiten Partner wie die Baumer hhs GmbH und das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST an der Entwicklung. Ziel ist es, den Klebstoff optimal auf die Produktionsmaschinen und die Anforderungen der Faltschachtelproduktion abzustimmen.

Laut Dr. Buller könnten die neuen Klebstoffe nicht nur fossile Alternativen ersetzen, sondern auch Recyclingprozesse erleichtern. Ihre gute Löslichkeit sorgt dafür, dass sie beim Recyclingprozess einfacher entfernt werden können.

Ein weiterer Vorteil der biobasierten Klebstoffe liegt in ihrer Anpassungsfähigkeit. Sie können je nach Bedarf in ihrer Zusammensetzung variiert werden, um spezifische Anforderungen der Verpackungsindustrie zu erfüllen. Die Einbindung von Industriepartnern ermöglicht es, die neuen Klebstoffe praxisnah zu testen und zu optimieren.

Blick über den Tellerrand: Weitere biobasierte Klebstoffe

Die Forschung an biobasierten Klebstoffen beschränkt sich nicht auf Faltschachteln. Bereits heute kommen Stärke, Cellulose und Casein in der Wellpappenproduktion, für Tapeten oder Flaschenetiketten zum Einsatz. Auch Schmelzklebstoffe werden zunehmend aus nachwachsenden Rohstoffen wie Baumharzen und Milchsäure hergestellt. Diese Kleber sind biologisch abbaubar und vielseitig einsetzbar – von der Möbelproduktion bis zur Buchbinderei.

Eine spannende Entwicklung ist die Verwendung von Altbackwaren. Forschende der Universität Hohenheim und des Fraunhofer WKI nutzen die enthaltene Stärke, um Hydroxymethylfurfural (HMF) zu gewinnen. Diese Substanz könnte künftig Formaldehyd in Klebstoffen ersetzen und so die Umweltbelastung weiter reduzieren. HMF bietet zudem die Möglichkeit, schaltbare Klebstoffe zu entwickeln, die sich bei Bedarf durch Temperaturänderungen wieder lösen lassen („Debonding-On-Demand“).

Auch internationale Forschende liefern spannende Impulse: In Frankreich wurde eine Methode entwickelt, um biobasierte Acrylharze aus pflanzlichen Alkoholen wie Menthol oder Vanillin zu gewinnen. Diese Ansätze zeigen, wie breit gefächert das Potenzial biobasierter Klebstoffe ist.