Additive und Beschichtungen

shutterstock, Africa Studio

Um auf das zu verpackende Produkt optimal angepasste Kunststoffverpackungen zu erhalten, verwendet man bei der Herstellung Zusätze, um die Verarbeitbarkeit des Kunststoffes und die Packstoffeigenschaften zu verbessern. Für längere Haltbarkeit und besseren Produktschutz versieht man Verpackungen mit speziellen Barrierefunktionen.

Um auf das zu verpackende Produkt optimal angepasste Kunststoffverpackungen zu erhalten, verwendet man bei der Herstellung Zusätze, um die Verarbeitbarkeit des Kunststoffes und die Packstoffeigenschaften zu verbessern. Für längere Haltbarkeit und besseren Produktschutz versieht man Verpackungen mit speziellen Barrierefunktionen.

Leichtere Verarbeitbarkeit und bessere Packstoffeigenschaften durch Additive

Für die Herstellung von Kunststoffen sind Zusätze unerlässlich. Sie erleichtern die Verarbeitung, schützen sie gegen Hitze und UV-Strahlen und erweitern das Eigenschaftsspektrum durch die Modifikation von Materialeigenschaften. Kunststoffen, denen man Füllstoffe, Verstärkungsstoffe oder andere Additive beigemischt hat, bezeichnet man auch als Compound.

In ihrer reinen Form sind nahezu alle Polymere farblos. Erst durch den Zusatz von Farbstoffen bzw. Pigmenten lassen sich diese nach Wunsch einfärben. Hierfür verwendet man sog. Masterbatches. Diese sind Konzentrate von Pigmenten und Additiven in einem thermoplastischen Material. So setzt man das Masterbatch bei der Herstellung von Folien dem entsprechenden Kunststoff zu, um eine bestimmte Ausrüstung mit Additiven oder eine Einfärbung der Folie zu erreichen. Um Kunststoffverpackungen mit edlen Oberflächeneigenschaften wie Transparenz, Matteffekten oder einer griffigen Struktur herzustellen, setzt man Farb- und Additiv-Masterbatches ein. Der Zusatz eines Masterbatches anstelle des direkten Zusatzes von Additiven, Farbstoffen bzw. Pigmenten erleichtert eine staubfreie und genaue Dosierung.

 

 

  • Nutzung im Herstellungsprozess des Kunststoffs für ein verbessertes Fließverhalten der Schmelze und als Haftvermittler zur Verbindung zweier unmischbarer Stoffe an der Grenzfläche
  • Zur Veränderung der Packstoffeigenschaften
    • Nano-Partikel wie Titandioxid-Partikel zur Absorption von UV-Strahlung
    • Silber-Partikel für eine antibakterielle und fungizide Wirkung.
    • Füllstoffe wie Kreide, Talkum, Graphit, Cellulosepulver für ein erhöhtes Volumen eines Stoffgemischs ohne Veränderung der wesentlichen Eigenschaften

Bei den Masterbatches unterscheidet man drei Gruppen

  • Farb-Masterbatches zum Einfärben von Kunststofferzeugnissen
  • Additiv-Masterbatches, die für bestimmte Eigenschaften der Endprodukte sorgen, wie zum Beispiel UV-Stabilisierung, Flammschutz, Antistatik oder Antiblock,
  • Kombinations-Masterbatches, die sowohl Farbstoffe als auch Additive enthalten.

 

Beschichtete Verpackungen tragen wesentlich zum Schutz des Inhaltes bei und verlängern dessen Haltbarkeit. Beschichtungen beeinflussen darüber hinaus, funktional wie optisch, das Äußere der Verpackung und werten das enthaltene Produkt optisch auf, z.B. durch Soft-Touch-Oberflächen.

Kunststoffe besitzen keine ausreichende Barrierewirkung gegenüber Gasen und Aromen. Um das Eindringen von Luft, Sauerstoff, anderen Gasen, Flüssigkeit und Feuchtigkeit und allem, was die Haltbarkeit des Inhalts beeinträchtigt, in Verpackungen zu verhindern, muss man diese mit funktionalen Barriereschichten versehen. Ohne entsprechend beschichtete Verpackungen verändern sich Lebensmittel: Sie kippen um und verlieren ihren Geschmack. Bei kohlensäurehaltigen Getränken entweicht die Kohlensäure aus der Flasche, das Getränk wird schal. Ein weiterer Grund für eine Barrierebeschichtung ist, dass das verpackte Produkt nicht nach Kunststoff schmecken soll.

Um entsprechende Barriereschichten zu erhalten, verwendet man anorganische Materialein wie SiOx, AlOx oder Aluminium. Diese lassen sich mittels thermischer oder Elektronen-Bedampfung auf Kunststoffsubstrate auftragen.

Das Beschichten mit Siliziumoxid (SiOx) erfolgt mittels einer plasmagestützten chemischen Gasphasenabscheidung[1] (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition, PECVD). Damit erhält man eine sehr dünne, glasähnliche Funktionsschicht, die chemisch inert ist und für eine stark reduzierte Durchlässigkeit von Sauerstoff und Wasserdampf sorgt.

Zur Quantifizierung der Barriereeigenschaften zieht man den Barriereverbesserungsfaktor (BIF)[2] heran. Dieser setzt sich aus dem Quotienten der Permeabilität des Bauteils und des beschichteten Bauteils zusammen und ermöglicht so einen direkten Vergleich. PET-Flaschen, versehen mit einer glasartigen Innenbeschichtung, weisen eine Verbesserung der Barrierewirkung gegenüber Sauerstoff um den Faktor 7,8[3] und in Bechern aus Polypropylen (PP) um den Faktor 2,4 auf. Diese Verbesserungsfaktoren sind auf Materialeigenschaften wie Art des Kunststoffs und Oberflächenbeschaffenheit sowie die geometrische Gestaltung der Produkte zurückzuführen, die direkten Einfluss auf die Funktionalität haben.

Die verbesserten Barriereigenschaften ermöglichen es auch, Verpackungskonzeptionen aus Monomaterial zu verfolgen anstelle bisheriger Multilayer-Verpackungen. Auf Grund der sehr geringen Dicke dieser Beschichtungen von meist wenigen zehn Nanometern lassen sich so beschichtete Kunststoffverpackung auch problemlos recyceln.

Forschungen zeigen, dass man durch das Aufbringen einer zusätzlichen Haftschicht mit einer Dicke von 1,5 Mikrometern zum Ausgleich von Rauhigkeiten der Kunststoffoberfläche vor dem Aufbringen der anorganischen Barriereschicht, eine deutliche Verbesserung der Barriereeigenschaften erreichen kann.[3]

 

 

[2] Ebd.

[3] Ebd.

[4] E.Kucukpinar, Enhancement of Barrier Performance of Packaging Materials by Nano-Functionalisation, Vortrag VVD meets Freisinger Tage 2020

 

 

Dieser Artikel steht hier unten zum Download bereit.

 

Downloads