Keine Reste mehr: Spezielle Beschichtung sorgt für voll entleerbare Verpackungen

Gleich drei Makel haften Lebensmittelresten in Verpackungen an: Sie tragen zur weltweiten Lebensmittelverschwendung bei, erhöhen den Verpackungsmüll und verursachen häufig Frustration bei Konsumenten. Bereits seit Jahren forscht die Verpackungsindustrie deshalb an Lösungen für diese Herausforderung. Nun soll Mitarbeitern der US-amerikanischen Universität Virginia Tech ein auch ökonomisch vorteilhafter Durchbruch gelungen sein.

Unter Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces, kurz SLIPS, versteht man poröse Oberflächen oder absorbierende Polymere, durch die chemisch kompatible Öle an der Oberfläche gehalten werden und sich so nicht im Material festsetzen können. Hierbei müssen die Oberflächen eine Mikrorauheit aufweisen, die das Öl durch Oberflächenspannung in Position hält. SLIPS wurden erstmals im Jahr 2011 von Forschern des Wyss Institutes der US-amerikanischen Harvard Universität entwickelt.

Ihre Inspiration erhielten die Wissenschaftler nach eigenen Angaben von der fleischfressenden Kannenpflanze. Durch ihre glatte Oberflächenstruktur ist diese in der Lage, Insekten einzufangen und gleichzeitig jegliches unerwünschte Material abzustoßen. Statt aus Nektar und Verdauungsenzymen besteht die SLIPS-Beschichtung allerdings aus absorbierenden Polymeren auf Silikon- und Fluorbasis. Sie besitzt die Fähigkeit, Flüssigkeiten und Feststoffe von nahezu jeder Oberfläche unter nahezu allen Bedingungen abzustoßen. Zudem ist sie in der Lage, sich selbst zu reinigen und bei Beschädigung von alleine zu reparieren. Die Technologie soll sogar bei hohem Druck, Minustemperaturen und unter starker UV-Einstrahlung wirken. SLIPS können auf nahezu allen Oberflächen erzeugt werden – einschließlich Glas, Kunststoffen und Metall. Die Beschichtung selbst ist ungiftig und korrosionsbeständig. Ein Problem gab es allerdings bei dieser damals neuartigen Technologie: Sie war aufgrund ihrer hohen Kosten für industrielle Anwendungen nicht attraktiv und hat sich aus diesem Grunde nicht auf dem Markt etablieren können.

Auf demselben Grundprinzip von damals beruht die aktuelle Studie von Forschern der Virginia Tech University in den USA. Die Wissenschaftler haben SLIPS aus auf Kohlenwasserstoff basierenden Polymeren entwickelt. Die genutzten Öle sind bereits von Natur aus mit den Kunststoffen kompatibel, wodurch die Molekülstruktur des Materials auch ohne weitere Fremdeinwirkung die benötigte Nanorauheit aufweist. Die mit Öl überzogenen Kunststoffoberflächen widerstehen dem Wachstum und der Anhaftung von Bakterien, ohne, dass ein separates Anrauen der Oberfläche und damit zusätzliche Zeit und Kosten notwendig werden. Zukünftig soll die Methode auf sämtliche Produkte des täglichen Bedarfs ausgeweitet und neben Lebensmittelverpackungen durchaus auch von Interesse für die Branchen Kosmetik und Pharma werden.

Explizite Testreihen zum Recycling wurden noch nicht durchgeführt. Dennoch gehen die Entwickler davon aus, dass die Ölinfusion eine Wiederverwertung des Kunststoffes nicht beeinflusst. Zudem sei die erforderliche Ölmenge für eine glatte Kunststofffolie mit nur etwa einem Gramm pro Quadratmeter Verpackung extrem gering. Auch die Gesundheit der Verbraucher sei nicht gefährdet, da den Kunststoffoberflächen keine für Menschen risikoreiche Nanopartikel hinzugefügt, sondern ausschließlich hochwertige Pflanzenöle verwendet werden.

Im Jahr 2014 wurde mit LiquiGlide eine weitere Technologie publik, die 2018 erneut ins Licht der Öffentlichkeit rückte. Auch sie verändert die Art und Weise der Bewegung von Flüssigkeiten in Verpackungen: Durch eine rutschige Beschichtung von Kunststoffoberflächen werden besonders zähfließende Flüssigkeiten zum leichten Gleiten gebracht. Die bei LiquiGlide verwendete Flüssigkeit wirkt wie ein Schmiermittel: Sie füllt die Lücken auf dem rau strukturierten Material und verringert die natürliche Reibung zum Festkörper.

Durch die Beschichtung kann langfristig auf die Verwendung von Kappen und Pumpen verzichtet werden, mit denen aktuell die Verpackungsinhalte entnommen werden. Für die Beschichtungen wird keine Nanotechnologie verwendet. Die Gesundheitsverträglichkeit der betroffenen Lebensmittel wurde von der FDA (Food and Drug Administration) bestätigt. 

Ein Nachteil von LiquiGlide ist, dass es sich hierbei nicht um ein für alle Anwendungen identisches Material handelt. Vielmehr muss jede Beschichtung nutzungsabhängig individuell gestaltet werden. Eine fast komplette Entleerung der Verpackung konnte in Tests von Ketchupflaschen erreicht werden. Ein gleichmäßiges Auftragen der Beschichtung gestaltet sich bei größeren Behältern allerdings schwierig. Zudem sind die Spezialbeschichtungen relativ teuer. Daher eignet sich die innovative Verpackungslösung derzeit am besten für besonders kleine Behälter.