Macht neuer Papierwerkstoff Kunststoffverpackungen überflüssig?
Verpackungen aus Kunststoff sind nach wie vor ein großes Problem für die Umwelt. Ein neuartiger thermoformbarer Papierwerkstoff könnte nun für nachhaltigen Ersatz sorgen.
Durch Zugabe von Chitosan wird Papier thermoformbar und könnte Kunststoffverpackungen ersetzen.
Foto: Projektkonsortium 3D-ThermoCell
Forschende haben ein Papier entwickelt, das umweltschädliche Kunststoffverpackungen ablösen könnte. Dem Papierwerkstoff wurde Chitosan beigemischt, das aus den Schalen von Krebsen gewonnen wird. Dadurch lassen sich Verpackungen herstellen, die nahezu aus 100 Prozent nachwachsenden Rohstoffen bestehen. In Folgeprojekten soll das neue Produkt nun zur Marktreife entwickelt werden.
Darum ging es in dem Projekt
Ein Forscherteam der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) Karlsruhe hat das Projekt „3D-ThermoCell“ abgeschlossen, das auf die Entwicklung eines thermoformbaren Papiers ausgerichtet war. Dieser Papierwerkstoff soll eine umweltfreundlichere Alternative zu Kunststoffverpackungen bieten. Für dieses interdisziplinäre Vorhaben arbeitete die DHBW Karlsruhe mit dem Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, der Tecnaro GmbH, der Mack Kunststofftechnik GmbH und der Mainteam Bild – Text – Kommunikation GmbH zusammen.
Das Ziel des Projekts war die Entwicklung eines thermoformbaren Papiermaterials, das fähig ist, komplexe 3D-Strukturen mit tiefen Ziehverhältnissen und kleinen Biegeradien zu erschaffen. Im Fokus standen Verpackungen, die fast vollständig aus erneuerbaren Rohstoffen bestehen und durch Thermoformung produziert werden können. Das Ergebnis sind Produkte, die in Form und Festigkeit herkömmlichen Kunststoffteilen ähneln, jedoch leichter, kostengünstiger und aus nahezu vollständig abbaubarem und recycelbarem Papier gefertigt sind.
Diese Herausforderungen mussten bewältigt werden
Bei der Entwicklung neuer Thermoformprozesse standen die Forscher vor Herausforderungen durch die unterschiedlichen Reaktionen von Papier und Kunststoff auf Wärme. Während Kunststoff unter Wärmezufuhr plastisch und formbar wird, ist Papier hitzeempfindlich und neigt dazu, brüchig zu werden. Unter der Leitung von Monika Korbmann, Akademische Mitarbeiterin an der DHBW Karlsruhe, wurden vier Ansätze erprobt:
- Biobasierter Kunststoff als Zusatz: Dem Papier wurden biobasierte Kunststoffe in Pulver- oder Kügelchenform zugefügt, um es formbar zu machen.
- Papierfasern im Kunststoff: Es wurde ein neuer Werkstoffverbund geschaffen, indem Papierfasern in Kunststoff integriert wurden, um ihn thermoformbar zu machen.
- Papierwerkstoff aus Kunststoff- und Cellulosefasern: Ein thermoformbarer Papierwerkstoff aus einer Kombination von Kunststoff- und Cellulosefasern wurde entwickelt.
- Verwendung von löslichen Additiven: Das Papier wurde mit Chitosan behandelt, einem biopolymeren Derivat von Chitin, um seine Dehnbarkeit und Formbarkeit zu verbessern.
Erster und vierter Ansatz waren erfolgreich
Die erste und vierte Lösung zeigten Erfolg. Bei der ersten Methode kombinierte man Celluloseproprionat, einen biobasierten Kunststoff, mit Cellulosefasern. Das resultierende Material lässt sich hervorragend auf Thermoformanlagen verarbeiten.
Die vierte Lösung, die Verwendung von Papier und Chitosan, bewährte sich ebenfalls. Dieses Papier ist formbarer, stabiler und reißfester als Standardpapier und zudem sehr wasserbeständig. Nach Projektabschluss planen die beteiligten Partner, beide Ansätze in Folgeprojekten bis zur Marktreife weiterzuentwickeln.
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