Nachhaltige Barrierebeschichtungen für Verpackungspapiere

Die Nachfrage nach Verpackungspapieren steigt seit Jahren. Auch viele Lebensmittelhersteller wollen ihre Produkte lieber in Papier als in Kunststoff verpacken. Da Papier aufgrund seiner porösen Struktur aber nahezu keine Barriereeigenschaften aufweist, muss das natürliche Material mit speziellen Barrieren gegen Feuchtigkeit, Sauerstoff, Fett oder Öl ausgestattet werden. Häufig bestehen diese aus erdölbasierten Polymeren und es entstehen Papier-Kunststoffverbunde, die nur schwer recycelbar sind. Forschungseinrichtungen und Papierhersteller arbeiten daher an ökologischenLösungen, die für optimalen Produktschutz sorgen und gleichzeitig die Recyclingfähigkeit des Papiers nicht beeinträchtigen. Wasserbasierte Beschichtungen sind hier eine effektive und nachhaltige Alternative.

Papierhersteller Sappi Europe hat an seinem Standort im niedersächsischen Alfeld kürzlich eine der derzeit modernsten Anlagen für die Barrierebeschichtung von Papier in Betrieb genommen. Das Unternehmen hat einen zweistelligen Millionenbetrag in die Inhouse-Lösung investiert, die Hochbarrierepapiere für recycelfähige Verpackungen von Food- und Non-Food-Anwendungen produziert. Die rund 66 Meter lange Anlage ermöglicht die Beschichtung von 450 Metern Papier pro Minute und wird bei voller Auslastung eine jährliche Gesamtkapazität von 320 Millionen Quadratmetern haben.

Das Alfelder Werk blickt auf eine fast 300-jährige Tradition in der Papierherstellung zurück und produziert derzeit auf fünf Papiermaschinen gestrichene und ungestrichene Spezialpapiere sowie gebleichten Vollkarton. Die neue Beschichtungsanlage ermöglicht es dem Unternehmen jetzt, die steigende Nachfrage nach Funktionspapieren und neuen Barrieresorten effizient zu bedienen und schnell auf sich ändernde Kundenbedürfnisse zu reagieren. Die funktionalen Verpackungspapiere sollen nicht-recycelfähige Materialien wie Papier-Folien-Laminate und extrusionsbeschichtete Papiere ersetzen.

„Innovativen Spezialpapieren gehört die Zukunft. Unsere neue Beschichtungsanlage ist daher der Schlüssel zu neuen Märkten, innovativen Produkten und nachhaltigen Lösungen“, erklärt Thomas Rajcsanyi, Mill Director und Geschäftsführer der Sappi Alfeld GmbH. Die beschichteten Papiere weisen integrierte Barrieren auf, je nach Anwendung mit hohen, mittleren oder niedrigen Barriereeigenschaften, gegen Sauerstoff, Wasserdampf, Fette, Aromen, Mineralöl und mit zusätzlicher Heißsiegelfähigkeit. Damit sind sie insbesondere für Lebensmittelverpackungen geeignet und können etwa zur Herstellung von Portionsbeuteln, Schlauchbeuteln, Doypacks oder Standbodenbeuteln verwendet werden. „Unsere funktionalen Papiere sind das Ergebnis von mehr als einem Jahrzehnt Erfahrung in der Barrieretechnologie“, sagt René Köhler, Director Paper & Packaging Solutions bei Sappi Europe.

Das Sappi-Werk in Alfeld produziert derzeit verschiedene Barrierepapiere mit unterschiedlichen Flächengewichten von 44 g/m² bis 120 g/m², die mit Oberflächen auf der Druckseite in den Ausführungen Natural, Silk und Gloss erhältlich sind. Weitere Produkte befinden sich laut Unternehmen bereits in verschiedenen Entwicklungsstadien. Die Anlage ist flexibel in der Lage, ein breites Spektrum von Papieren einseitig oder beidseitig mit verschiedenen Barrieren zu beschichten. Zum Einsatz kommt eine Vielzahl von wasserbasierten Beschichtungsmaterialien, darunter auch biobasierte Rezepturen.

Umweltfreundliche Barrierebeschichtungen für Papier sind gefragt. Das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) forscht in einer Reihe von Projekten an entsprechenden Lösungen, die der hohen Nachfrage nach faserbasierten Verpackungsmaterialien, dem gestiegenen Umweltbewusstsein und neuen gesetzlichen Regularien Rechnung tragen. Die Herausforderung: die geforderte Funktionalisierung von Papier sicherzustellen und gleichzeitig den Anteil an Stoffen, die das Papierrecycling später negativ beeinflussen könnten, möglichst gering zu halten.

Im "BioBarrier4Fiber"-Projekt soll beispielsweise ein neuartiges Beschichtungskonzept für faserbasierte Lebensmittelverpackungen entwickelt werden, das erstmals eine Wasserdampfbarriere mit hoher Flexibilität, Verarbeitbarkeit und Siegelfähigkeit kombiniert. Dieses multifunktionale Beschichtungssystem soll aus verschiedenen Suberinfettsäuren hergestellt werden, die aus dem Kork von Eichen und Buchen gewonnen werden. Das Forschungsprojekt läuft noch bis 2025.

„CoatNanoCell“, ein weiteres Forschungsprojekt des Fraunhofer IVV, beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Barrierebeschichtung für Papierverbunde auf Basis von Nanocellulose, die durch ein industrieübliches Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsverfahren auf das Papier appliziert werden soll. Nanocellulose wird aus Cellulose und damit zu 100 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen und soll exzellente Barriereeigenschaften gegenüber Gasen und Mineralölen in Verpackungsanwendungen aufweisen. Zudem gelten Beschichtungen von Papier mit Nanocellulose als Monomaterial, das über den Altpapierstrom rezyklierbar ist. Papierverbunde mit Nanocellulose-Beschichtung fallen auch nicht unter die Regulation der SUPD (Single-Use Plastics Directive) und sind damit eine echte nachhaltige Alternative zu den bisher verwendeten fossil-basierten Kunststoffbeschichtungen.

Anwendungen mit Recyclingpapier sind bereits auf dem Markt. Koehler Paper hat beispielsweise für den Schokoladenhersteller Nucao eine Verpackung aus seinem neuen Barrierepapier „Koehler NexPlus Advanced“ entwickelt. Das Papier aus Frischfasern wird mit einer Funktionsschicht ausgestattet, die als Sauerstoff-, Mineralöl- und Fettbarriere dient. Es ist für den Einsatz von Kaltsiegelkleber vorbereitet und eignet sich daher als Primär- und Sekundärverpackung für temperaturempfindliche Produkte wie Schokolade. Bei der Entwicklung wurden Produktschutz und Recyclingfähigkeit gleichermaßen berücksichtigt und so kann die faserbasierte Verpackung im gängigen Papier-Recyclingprozess verwertet werden. Dies wurde von der Papiertechnischen Stiftung (PTS) und dem Umweltdienstleister Interseroh bestätigt.

Auch UPM Specialty Papers setzt auf eine kunststofffreie Papierverpackung und hat für Lebensmittelhersteller Fazer eine neue Verpackung für dessen Hafer-Reis-Pasteten entwickelt, bei der das herkömmliche kunststofflaminierte Verpackungspapier durch eine hochwertige Papierlösung ersetzt wurde, die leichter zu recyceln ist. Bei dem Verpackungspapier der Marke Confidio wurden sowohl die Barriere- als auch die Heißsiegeleigenschaften in das Papier integriert, ohne dass eine separate Kunststoffkaschierung erforderlich ist. Im Recyclingtest liegt der Recyclingausschuss von unbedrucktem UPM Confidio-Papier bei etwa einem Prozent, was bedeutet, dass etwa 99 Prozent des Papiers für die Herstellung neuer, recycelter Produkte verwendet werden können.

Die Thimm Gruppe hat bereits vor einigen Jahren ein Frischfaserpapier mit einer Beschichtung aus einem wasserbasierten Lack auf den Markt gebracht. Das Papier des ComBa („Coated modular Barrier“) Liners wird mit der neuesten Generation thermoplastischer Elastomer-Dispersionen (TPE) beschichtet. Die entstehende Barriere ist frei von Emulgatoren und Lösemitteln und schützt laut Hersteller effektiv vor Wasser, Wasserdampf, Ölen oder Fetten – je nachdem, was der Kunde benötigt. Das Kraftpapier gilt auch nach der Beschichtung als Monomaterial und kann im späteren Recyclingprozess über das Altpapier entsorgt werden. Das Barrierepapier ist aber nicht nur für den Einsatz in der Lebensmittelverpackung geeignet, sondern kann beispielsweise auch im Überseetransport fettende und ölende Maschinenteile sicher verpacken.