PAPURE

Recyclingfähigkeit von Papierverpackungen durch Verwendung von Kunst- oder Klebstoffen eingeschränkt

In der europäischen Kunststoffproduktion von 55 Mio. Tonnen (2020) entfallen allein 40 Prozent auf die Herstellung von Kunststoff-Verpackungen. Gleichzeitig machen Kunststoff-Verpackungen ca. 60 Prozent des globalen Plastikmüllaufkommens aus. Die Verringerung von Plastik in Verpackungen ist daher unter Umwelt- und Nachhaltigkeitsaspekten von zentraler Bedeutung und hat weltweit höchste Priorität erreicht.

Der dringend notwendige Ausbau vorhandener und der Aufbau neuer Recyclingkapazitäten und einer adäquaten Kreislauflogistik ist ein herausforderndes, zeit- und kostenintensives Vorhaben. Eine wichtige Alternative bietet die Substitution von Kunststoff durch umweltfreundliche, kreislauffähige, naturfaserbasierte Materialien, wie beispielsweise Papier.

Die für das Herstellen und Verschließen von Papierverpackungen notwendigen Fügeverbindungen, welche bestimmten Anforderungen an mechanische Beständigkeit und Dichtigkeit unterliegen, erfordern bisher den Zusatz von Fremdstoffen, wie z. B. Kunst- oder Klebstoffen. Diese unvermeidbaren stofflichen Verunreinigungen führen entweder zu komplexen und kostenintensiven Recyclingprozessen, zur Minderung der Qualität des Recyclingmaterials oder zum Verlust des Papiers für den weiteren Wertstoffkreislauf.
 

Papierfügen ohne Fremdstoffe für den gesteigerten Bedarf von Papierverpackungen

Der im Projekt verfolgte neue Ansatz besteht darin, durch Bestrahlung von Papier mit einem CO-Laser wiederaufschmelzbare glykosidische Spaltprodukte auf der Papieroberfläche zu erzeugen und diese anstelle der sonst benötigten Kunst- oder Klebstoffe zum Fügen des Papiers mit industriell etablierten Wärmekontaktverfahren zu nutzen. Das angestrebte Projektergebnis ist eine Verarbeitungstechnologie, welche die Herstellung von Papierverpackungen ohne Fremdstoffe ermöglicht und deren Funktionsfähigkeit in einem industrienahen Demonstrator zeigt. Damit können Unternehmen der Verpackungsindustrie wie Packmittel- und Maschinenhersteller sowie Abpacker (Erzeuger) bis hin zu Einzelhändlern zukünftig in erheblichem Maß dazu beitragen, die Wiederverwertbarkeit von Papierverpackungen zu steigern und deren Stoffkreisläufe effizienter und kostengünstiger zu gestalten.

Kompetenzen des Fraunhofer IWS

Das Fraunhofer IWS bringt in das Projekt zum einen seine Expertise in der Lasersystemtechnik und der Lasermaterialbearbeitung mit ein und kann zum anderen auf eine langjährige Erfahrung mit der Modifizierung von Naturwerkstoffen zurückgreifen. Von 2019 bis 2021 arbeiteten die Forscher an einem bindemittelfreien Fügeprozess von Papier. Sie erzeugten bereits schmelzfähige Reaktionsprodukte, indem sie Papiere mit einem Kohlenstoffmonoxid-Laser (CO-Laser) bestrahlten. Anschließend »klebte« das Forscherteam in einem Heißsiegelverfahren zwei Papiere.