MoNova: Plastikverpackungen recyclingfähig machen

Im Fraunhofer-Forschungsprogramm PREPARE entwickelt Fraunhofer UMSICHT gemeinsam mit drei weiteren Fraunhofer-Instituten eine Monomaterialfolie auf Polyolefinbasis. Durch die Beschränkung auf einen einzigen Polymertyp können die Folien recycelt und wieder zu Rohstoffen für neue Verpackungen werden. So entsteht ein Materialkreislauf.

In diesem Zusammenhang betrachten die Forschenden den kompletten Herstellungsprozess der Verpackungsfolien mit dem Ziel, die neuen Verpackungsfolien zu (mindestens) 95 % aus einem einzigen Basismaterial herzustellen und von vornherein bereits die Verwendung von recyceltem Material mit einzuplanen. Die Kompetenzen des Fraunhofer UMSICHT liegen dabei in der Grundmaterialmodifikation und dem Recycling. 

Plastikverpackungen – die kaum recycelbaren Alleskönner

Leicht, kostengünstig, bruchfest, langlebig: Nicht zuletzt wegen seiner vielen positiven Eigenschaften greifen viele Unternehmen auf Plastik als Verpackungsmaterial zurück. So finden sich Kunststoffe überall im Alltag – in der Nahrungs-, Kosmetik- und der Pharmaindustrie - wieder. Schließlich lassen sich mit guten Verpackungen Ressourcen sparen und die Lebensmittelverschwendung verringern.

Gleichzeitig belastet Plastikmüll zunehmend die Umwelt, da viele Verpackungen aufgrund ihrer Zusammensetzung aus verschiedenen Laminaten nicht recycelbar sind. Multilayerfolien häufen sich deshalb in der Umwelt an und gefährden so Mensch und Tier. Alternativ bleibt ihnen nur die Deponie oder die thermische Verwertung. Mit »MoNova« forscht Fraunhofer UMSICHT daher an einer Verpackung, die hauptsächlich nur aus einem Polymertyp besteht. Parallel sollen die positiven Eigenschaften der Multilayerfolien erhalten bleiben.

Bei Monomaterialien nachträglich Eigenschaften anpassen

Mit sortenreinen Polyolefinen oder Rezyklaten, speziellen Additiven sowie einer physikalischen und nasschemischen Nachbehandlung können die Forschenden die Folienbestandteile des Monomaterials präzise auf verschiedene technische Anforderungen anpassen. Möglich ist das, indem sie das Eigenschaftsprofil des zu extrudierenden Polymergranulats von den späteren Produkteigenschaften der Folie trennen. So verändern sie das Folienmaterial nachträglich. Da die Produktivität dabei erhalten bleibt, entstehen keine höheren Produktionskosten.

In der Anwendung ergeben sich also die gleichen Möglichkeiten wie bei Folienlaminaten aus gemischten Plastiksorten. Mit einer funktionellen Hybridpolymer-Beschichtung in einem einfachen Beschichtungsverfahren erhalten die Monofolien auch die notwendigen Barriereeigenschaften, die sie für den Einsatz in der Nahrungs-, Kosmetik- und Pharmaindustrie qualifizieren. Beispielsweise sichern sie mit ihren mechanischen Eigenschaften die Stabilität von Standbodenbeuteln. Außerdem soll die Verpackung mithilfe der Sperrwirkung das Austreten von Gasen, Dämpfen und Aromastoffen verhindern.

Mit Monomaterialien zur Kreislaufwirtschaft

Durch ihre Recycelbarkeit ermöglichen die Verpackungen aus Monomaterialien außerdem eine ressourcensparende und nachhaltige Kreislaufwirtschaft. Aus den recycelten Materialien werden also wieder neue Rohstoffe für neue Verpackungsfolien, die auch für alle Industrien geeignet sind.

Viele Vorteile für potenzielle Kunden

Für Unternehmen, die zukünftig Monomaterialverpackungen einsetzen, stehen vor allem die Vorteile Standfestigkeit und Siegelfähigkeit im Mittelpunkt. Durch die vereinfachte Recyclingfähigkeit sparen sie bei Lizensierungskosten und zahlen gleichzeitig positiv auf ihr Image ein.

Mit Hilfe der Steuerung der (An-)Vernetzung von Polyolefinen durch Additive hat Fraunhofer UMSICHT bereits Kunststoffrezepturen entwickelt, die die Forschenden durch gezielte Elektronenbehandlungen modifizieren können. Dabei haben sie auch die gegenläufigen Effekte zwischen der Vernetzung bzw. der Verzweigung und dem Molekulargewichtsabbau aufgezeigt. Das Ergebnis ist das Optimum für geringe Dosen: vernetzt, aber verarbeitungsfähig. Mit dieser Rezeptur können die Forschenden die Mechanik, insbesondere die Biegesteifigkeitund andere Verpackungsrelevante Eigenschaften des Produktes steuern.

Im Folgenden grenzen die Projektinstitute »MoNova« von anderen recycelbaren Verpackungsprodukten ab. Im Mittelpunkt steht hierbei besonders die Verarbeitungseigenschaften der entwickelten Folien und dessen Recycling. Außerdem knüpfen die Forschenden Kontakte in die Industrie und beteiligen sich an der praktischen Umsetzung von Verpackungen auf MoNova-Basis. Auch Folgeindustrieprojekte sind geplant.

• Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
• Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
• Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP