Die Recycelvorschriften der EU verlangen nach immer sortenreinerem Papierabfall. Papier wird in Lebensmittelverpackungen verwendet, wo es verschweisst werden muss. Um zwei Papierstreifen miteinander verschweissen zu können, müssen diese mit einem Fremdmaterial beschichtet sein. Das IMPE entwickelte zusammen mit der Firma Tanner & Co. AG eine neuartige Dispersionsbeschichtung für Papier, welche den Vorschriften der EU entspricht und dennoch verschweissbar ist

Inauen, Jan

Siegmann, Konstantin

Winkler, Martin

ZHAW digitalcollection

4 2 1 1 – 1 2 / 2 0 2 2KUNSTSTOFF XTRAN a c h h a l t i g k e i tDie Recycelvorschriften der EU verlangen nach immer sortenreinerem Papierabfall. Papier wird in Lebensmittel-verpackungen verwendet, wo es verschweisst werden muss. Um zwei Papierstreifen miteinander verschweissen zu können, müssen diese mit einem Fremdmaterial beschichtet sein. Das IMPE entwickelte zusammen mit der Firma Tanner & Co. AG eine neuartige Dispersionsbeschichtung für Papier, welche den Vorschriften der EU entspricht und dennoch verschweissbar ist.  Dr. Konstantin Siegmann 1 Jan Inauen 1 Prof. Dr. Martin Winkler 1Recycling liegt im Trend. Allerdings ver­langt das korrekte Rezyklieren von Abfall nach immer sortenreineren Materialien. Die neuen, strengen Vorschriften der EU fordern, dass nur noch als Monomaterial gilt, was zu mindestens 95 % aus diesem Material besteht. Papierabfall gilt dem­nach als Papier, wenn der Gewichtsanteil an Fremdmaterial, z. B. einer Beschich­tung, weniger als 5 Gewichtsprozente ausmacht. Allerdings sagt diese Regel nicht viel über die tatsächliche Rezyklier­barkeit des Papiers aus. Denn eine Be­schichtung sollte darüber hinaus im Rezy­klierprozess nicht stören, was bedeutet, dass das Beschichtungsmaterial im Ideal­fall wasserlöslich und bioabbaubar ist, und vor allem in der Kläranlage keine Probleme verursacht. Für viele Anwen­dungen muss daher ein neues Beschich­tungsmaterial gefunden werden, welches einerseits die ihm zugedachte Funktion erfüllt und andererseits den gesetzlichen Vorschrif ten zur Rezyklierbarkeit ent­spricht. Diese Anforderungen stellen die Verpackungsindustrie vor grosse Heraus­forderungen. Eine solche Anwendung betrifft das Banderolieren. Das Bandero­lieren ist ein Vorgang der Verpackungs­technik, bei dem Gegenstände gleicher oder verschiedener Art mit einer Bande­role (einem Band) zu einer Einheit zu­sammengefasst werden. Das Bündeln ist unter anderem aus Transportgründen sinnvoll. Eine bis zu 100 mm breite Ban­derole aus Papier oder recycelbarer Folie unterstützt «Branding with Banding» und Markenführung und sorgt für Aufmerk­samkeit bei der Zielgruppe. Sie vertritt Corporate Identity im Verkaufsregal und bietet ausserdem genügend Platz für wei­tere Informationen wie Mindesthalt­barkeitsdatum, Inhaltsstoffe oder Char­gennummern – und das ohne zusätzliche Etikettierung. Ein Branding für alle Kon­sumgüter – dank hohen Hygienestan­dards auch für Lebensmittel (Abb. 1). Recycelbare Papierbeschichtung für LebensmittelverpackungenAbb. 1: Mit einer Banderole verpackte Lebensmittel. (Bild: Tanner & Co. AG)EU-konform und dennoch verschweissbar1 Dr. Konstantin Siegmann, Jan Inauen, Prof. Dr. Martin Winkler, Institut of Ma-terials and Process Engineering (IMPE), Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW)4 31 1 – 1 2 / 2 0 2 2KUNSTSTOFF XTRA N a c h h a l t i g k e i tProblematische Beschich-tungen aus PE oder PPDie zu verpackenden Produkte werden da­bei von einer Banderoliermaschine (Abb. 2) mit einem Papierband umschlossen, das an den Enden mit der einzigartigen Ultraschallverschweissung von Tanner ver­schweisst wird. Damit das Verschweissen gelingt, müssen die Papierbänder mit einer Dispersion beschichtet sein. Als Nebenef­fekt wird die beschichtete Papierbandarole zudem besser wasserbeständig. Bislang wurden dafür die Folien aus Polyethylen oder Polypropylen verwendet. Allerdings genügen die mit diesen Materialien be­schichteten Papiere den neuen Vorschrif­ten der EU zum Recycling nicht mehr, die­se Banderolen müssen als Verbunde entsorgt werden, weil das Auftragsgewicht der Folien zu hoch ist. Will die Firma Tan­ner am Markt weiterhin erfolgreich sein, muss sie Papierbanderolen mit einer neu­en, recycelbaren Beschichtung anbieten.Das Labor «Polymere  Beschichtungen» des IMPEDas Labor «Polymere Beschichtungen» des Institutes of Materials and Process Engi­neering (IMPE) gehört zu der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaf­ten (ZHAW). Es befasst sich generell mit funktionellen und monomolekularen Be­schichtungen, abgeschieden aus der flüs­sigen Phase, z. B. als Lack auf Materialien wie Papier und Karton, Textilien, Metallen und Kunststoffen. In Zusammenarbeit mit der Firma Tanner wurde im Labor PB, eine verschweissbare Papierbeschichtung für das Banderolieren, entwickelt, die die ge­setzlichen Bedingungen zur Rezyklierbar­keit erfüllt.Die Anforderungen an  die neue BeschichtungViele verschiedene Dispersionen wurden als Beschichtungsmaterial für die Bandero­len getestet. Die Randbedingungen waren: i) Die Dispersion ist wasserlöslich, sodass es sich beim Recyclingprozess vom Papier­brei trennen lässt. ii) Die Rückstände im Abwasser verursachen keine Probleme in der Kläranlage. iii) Bei der Aufarbeitung entsteht kein Mikroplastik. iv) Trotz der ge­Abb. 3: Zugfestigkeiten von verschweissten Banderolen mit 5 verschiedenen Beschichtungen. Braune Balken: Normalbedingungen, blaue Balken: Erhöhte Luftfeuchtigkeit und Temperatur. (Bild: IMPE)Abb. 2: Eine Banderoliermaschine der Firma Tanner & Co. AG. (Bild: Tanner)4 4 1 1 – 1 2 / 2 0 2 2KUNSTSTOFF XTRAN a c h h a l t i g k e i tringen Auftragsmenge (≤ 5 %) lässt sich die Banderole noch verschweissen, und die Verschweissung erzielt eine gleich star­ke Zugfestigkeit wie die herkömmlichen Materialien. v) Die Dispersion ist für den Lebensmittelkontakt zugelassen.Zuerst wurden die Papiere mit Hilfe eines Rakels mit verschiedenen, wässrigen Poly­merlösungen beschichtet. Nach dem Trocknen der Beschichtung wurde das Schichtgewicht bestimmt, der Zielwert war ≤ 2.5 % pro Seite. Die Papierbänder wur­den auf einer Ultraschall­Schweissanlage von Tanner verschweisst. Dann wurden die verschweissten Banderolen in eine Zugprüfmaschine eingespannt, die Zug­kraft erhöht und geschaut, bei welcher Kraft die Schweissnaht versagt. Die Haf­tung der Schweissnaht der neuen Bande­rolen sollte nicht wesentlich schlechter sein als die der Banderolen mit den alten Beschichtungen aus Polyethylen oder Po­lypropylen. Als Ergebnis wurden neue Be­schichtungen gefunden, die den Anforde­rungen der EU entsprechen und dennoch verschweissbar sind.Die Eigenschaften der neuen BeschichtungAbbildung 3 zeigt die Zugfestigkeit der Verschweissung der Banderolen mit den neuen Beschichtungen. Fünf verschiede­ne Beschichtungen (A–E) sind darge­stellt.Die braunen Balken entsprechen Zugfes­tigkeiten bei Normalbedingungen, die blauen Balken bei erhöhter Temperatur und Luftfeuchtigkeit (30 ° C, 60 % Luft­feuchtigkeit). Die Reissfestigkeit des un­beschichteten Papiers der Banderole liegt bei 162 Newton (bei 30 mm breiten Bän­dern). Dieser Wert ist damit auch die ma­ximal zu erreichende Zugfestigkeit der Verschweissung. Bei einem Mittelwert von ca. 120 Newton Zugfestigkeit der Verschweissung bei Normalbedingungen erzielen wir also etwa 74 % des zu errei­chenden Maximalwertes. Diese Zugfestig­keiten sind für die Firma Tanner zufrie­denstellend.Die Beschichtungen A–E erfüllen die 5 %­Regel und die gesetzlichen Vorgaben, das Projekt ist also als Erfolg zu werten. Abbildung 4 zeigt das fertige Produkt – eine Rolle mit EU­konformen Banderolier­papier von Tanner.KontaktDr. Konstantin SiegmannZürcher Hochschule für Angewandte  Wissenschaften Institute of Materials and Process  Engineering (IMPE)CH­8401 Winterthurwww.zhaw.ch/impe nAbb. 4: Das Produkt: Verschweissbares und recycelbares Papierband. (Bild: Tanner)

EU-konform und dennoch verschweissbar

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EU-konform und dennoch verschweissbar

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