Aus zwölf europäischen FuE-Einrichtungen und Unternehmen bestand das Konsortium, das jetzt das Projekt HyperBioCoat zum Abschluss gebracht hat. Sieben KMU waren beteiligt. Die EU schoss 4,4 Mio. Euro Fördergelder zu. Das Projekt war so aufwändig wie ehrgeizig – und scheint sich gelohnt zu haben. Firmen wie Unilever möchten die Ergebnisse künftig nutzen, teilten die Wissenschaftler auf der Kunststoff-Leitmesse K 2019 im Oktober mit.
Das Ziel des Projektes war es, die Einsatzchancen von biologisch abbaubaren Verpackungsmaterialien zu verbessern. Solche kompostierbare Bioplastik gibt es längst am Markt. Doch ihre begrenzten Eigenschaften haben bisher eine größere Verbreitung verhindert. Beispielsweise bieten sie keine ausreichende Barriere gegen Wasserdampf, Sauerstoff oder Aromen und können damit Lebensmittel oder Kosmetika nicht zuverlässig schützen. In HyperBioCoat sollten nun Beschichtungen entwickelt werden, die den Barriereschutz von biologisch abbaubaren Verpackungen erhöhen. Die Schwierigkeit dabei: Selbstverständlich müssen auch sie biologisch abbaubar sein.
Apfeltrester dient als Rohstoff
Auf der K 2019 präsentierten Wissenschaftler der Fraunhofer-Institute IWKS und ISC die erzielten Ergebnisse, stellvertretend für das Konsortium. Als Polymermaterial für die Beschichtung nutzen die Partner einen Rohstoff, der aus Nebenproduktströmen der Lebensmittelindustrie stammt. Die Wahl fiel auf Apfeltrester. Das IWKS extrahiert daraus ein Hemicellulose-Produkt, das sich durch seine verzweigten Polymerstrukturen für vielerlei Anwendungen von der Beschichtung für Schutzfolien bis hin zum Additiv für Papier oder Kosmetika eignet. Es ist biobasiert, biologisch abbaubar und steht als Nebenprodukt nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion. Für die Herstellung hat das IWKS eine Pilotanlage aufgebaut.
Doch damit ist der Prozess nicht abgeschlossen. Um die Verträglichkeit mit dem Grundmaterial herzustellen, haben das ISC und das IWKS eine einstufige chemische Modifikation entwickelt, die sich industriell skalieren lässt. Weiter bringt das ISC für die Hochbarriere-Wirkung seine Ormocere zum Einsatz – glasartige Struktureinheiten, die allerdings ebenfalls modifiziert werden müssen, um biologisch abbaubar zu sein.
Das Ergebnis sind sogenannte bioOrmocere, duroplastische Lacke aus Biopolymeren mit glasartigem Molekül-Netzwerk. Sie sind zwar anorganisch, aber nicht fossil, und machen den größeren Anteil an der neuen Bio-Beschichtung aus. Nicht zuletzt hat der Projektpartner Aitiip aus Spanien eine Robotersprühtechnologie für die Beschichtungen entwickelt. Aitiip produzierte zu Versuchszwecken mehrere Demonstratoren für Schalen, Blister und Flaschen aus PLA und faserverstärktem Wachs und optimierte an ihnen den Beschichtungsprozess.
Die Natur liefert Rohstoffe für die Barriereschicht
Die Forscher sind zufrieden: Das Ziel, eine biologisch abbaubare Barrierebeschichtung aus faserigen Fruchtrückständen (wie Apfeltrester) zu entwickeln, ist erreicht. Und auch die Nebenziele sehen sie als erreicht an: Das BioCoat sollte die Kosten der Beschichtung um 10 % senken und die CO2-Emissionen, die in der Materialsynthese entstehen, durch den Einsatz biobasierter Rohstoffe um 20 % vermindern. (os)
