Jenseits der PE-Beschichtung: Die nächste Generation von Barrierepapieren für Lebensmittelverpackungen

Seit Jahrzehnten gehört Polyethylen (PE) zu den etablierten Beschichtungslösungen, um Papier und Karton die für Lebensmittelverpackungen erforderliche Feuchtigkeits- und Fettbeständigkeit zu verleihen.

PE ist leistungsfähig, bewährt und breit verfügbar. Doch die Anforderungen an Verpackungen verändern sich.

Markenhersteller, Lebensmittelproduzenten, Systemgastronomie, Verarbeiter und Einzelhandel suchen zunehmend nach faserbasierten Verpackungslösungen, die zuverlässige Barriereeigenschaften mit einer verbesserten Recyclingfähigkeit und einem geringeren Einsatz konventioneller Kunststoffschichten verbinden.

Diese Entwicklung beschleunigt den Einsatz einer neuen Generation von Barrierepapieren und beschichteten Kartonqualitäten.

Warum braucht Papier überhaupt eine Barriere?

Papier ist von Natur aus porös und hydrophil. Ohne zusätzliche Barriere bietet es bei vielen Lebensmittelanwendungen keinen ausreichenden Schutz gegen Feuchtigkeit, Öl, Fett oder Flüssigkeiten.

Welche Barriere benötigt wird, hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab.

Ein Burger-Wrap muss vor allem Fett widerstehen. Eine Take-away-Box benötigt möglicherweise sowohl Fett- als auch Feuchtigkeitsbeständigkeit. Ein Papierbecher muss Flüssigkeiten über einen definierten Zeitraum sicher aufnehmen und gegebenenfalls erhöhten Temperaturen standhalten.

Tiefkühlverpackungen wiederum sind völlig anderen Bedingungen ausgesetzt, während Molkereiprodukte und andere sensible Lebensmittel deutlich anspruchsvollere Barrierestrukturen erfordern können.

Deshalb gibt es keine universelle Beschichtung, die PE in jeder Lebensmittelverpackung einfach ersetzen kann.

Die richtige Lösung beginnt mit einem genauen Verständnis des verpackten Produkts und seiner tatsächlichen Einsatzbedingungen.

Der Schritt über konventionelle PE-Beschichtungen hinaus

Bei der klassischen PE-Extrusionsbeschichtung wird eine sehr wirksame, geschlossene Kunststoffschicht auf die Papieroberfläche aufgebracht. Ihre hohe Funktionalität ist einer der Gründe, weshalb diese Technologie nach wie vor weit verbreitet ist.

Eine zentrale Herausforderung liegt jedoch in der Verwertung nach Gebrauch.

Je nach Beschichtungsgewicht, Materialaufbau, lokalem Sammelsystem und eingesetzter Recyclingtechnologie können polymerbeschichtete Papiere die Verarbeitung in konventionellen Papierrecyclingprozessen erschweren.

Neue Barrieretechnologien verfolgen daher das Ziel, die notwendige Funktionalität bereitzustellen und gleichzeitig den Anteil konventioneller Polymere zu reduzieren oder die Verträglichkeit der fertigen Verpackung mit der Faserrückgewinnung zu verbessern.

Dabei gewinnen mehrere Technologien zunehmend an Bedeutung.

1. Wasserbasierte Dispersionsbarrieren

Wasserbasierte Dispersionsbeschichtungen gehören zu den interessantesten Entwicklungen für viele faserbasierte Lebensmittelverpackungen.

Anstelle einer vergleichsweise dicken extrudierten Kunststoffschicht wird eine funktionelle Beschichtung auf Papier oder Karton aufgetragen und anschließend getrocknet, um die gewünschte Barrierewirkung zu erzeugen.

Abhängig von Formulierung und Anwendung können solche Beschichtungen Schutz bieten gegen:

• Wasser und Feuchtigkeit

• Öl und Fett

• Wasserdampf

• Durchfetten und Verfärbungen

• bestimmte Flüssigkeiten

Einige Systeme können zusätzlich die für die Weiterverarbeitung erforderlichen Heißsiegeleigenschaften bieten.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, die erforderliche Funktionalität mit vergleichsweise geringem Beschichtungsauftrag zu erreichen und gleichzeitig die Faserrückgewinnung bei der Entwicklung der Gesamtstruktur zu berücksichtigen.

Wichtig ist jedoch: „wasserbasiert“ bedeutet nicht automatisch kunststofffrei, biologisch abbaubar oder überall recyclingfähig.

Entscheidend sind die konkrete Beschichtungschemie, die Auftragsmenge, das Basispapier und der vollständige Verpackungsaufbau.

2. Fettbeständige Barrierepapiere

Fettbeständigkeit spielt insbesondere bei Fast Food, Backwaren und Take-away-Verpackungen eine zentrale Rolle.

Typische Anwendungen sind:

• Burger- und Sandwich-Wraps

• Back- und Einschlagpapiere

• Trayliner

• Verpackungen für Pommes frites

• verschiedene Food-Service-Verpackungen

Moderne Fettbarrieren können dazu beitragen, den Einsatz traditioneller fluorierter fettabweisender Behandlungen zu reduzieren und gleichzeitig die erforderliche Funktionalität im tatsächlichen Lebensmittelkontakt sicherzustellen.

Für Einkäufer und Verarbeiter reicht es jedoch nicht aus, dass ein Papier lediglich als „fettbeständig“ oder „greaseproof“ bezeichnet wird.

Die erforderliche Leistung sollte anhand des Lebensmittels, der Kontaktdauer, der Temperatur und des Weiterverarbeitungsprozesses definiert werden.

3. Biobasierte und erneuerbare Barrieretechnologien

Ein weiterer Entwicklungsbereich umfasst Beschichtungen und Funktionsschichten, die teilweise oder überwiegend aus erneuerbaren Rohstoffen hergestellt werden.

Dazu können unter anderem modifizierte Stärken, cellulosebasierte Materialien, Biopolymere und weitere biobasierte Beschichtungssysteme gehören.

Diese Technologien entwickeln sich schnell weiter. Der Begriff „biobasiert“ sollte jedoch differenziert betrachtet werden.

Ein Rohstoff aus erneuerbaren Quellen garantiert für sich allein weder Recyclingfähigkeit noch Kompostierbarkeit oder die Eignung für eine bestimmte Lebensmittelkontaktanwendung.

Jeder Materialaufbau muss deshalb anhand seiner tatsächlichen Zusammensetzung, Anwendung und vorgesehenen Verwertung beurteilt werden.

4. Faserbasierte Hochbarrierestrukturen

Einige Anwendungen erfordern deutlich mehr als eine einfache Fett- oder Feuchtigkeitsbarriere.

Je nach Produkt muss eine Verpackung beispielsweise den Durchtritt von Sauerstoff oder Wasserdampf begrenzen, Aromaverluste reduzieren oder andere Wechselwirkungen zwischen Lebensmittel und Umgebung kontrollieren.

Bei solchen Anwendungen können moderne mehrschichtige, faserbasierte Strukturen speziell entwickelte Papiere oder Kartonqualitäten mit sehr dünnen Funktionsschichten kombinieren.

Das Ziel besteht zunehmend darin, den notwendigen Produktschutz mit einem möglichst hohen Faseranteil zu erreichen und gleichzeitig Materialien zu minimieren, die die Rückgewinnung und das Recycling der Fasern erschweren könnten.

Dies gewinnt insbesondere bei anspruchsvollen Anwendungen an Bedeutung, die traditionell stark von Kunststofflaminaten abhängig waren.

Recyclingfähig bedeutet nicht barrierefrei

Ein häufiges Missverständnis bei nachhaltigen Verpackungen besteht darin, dass allein der Verzicht auf eine konventionelle Kunststoffschicht automatisch zu einer besseren Verpackung führt.

Die wichtigste Aufgabe einer Verpackung bleibt der Schutz des Produkts.

Wenn eine unzureichende Barriere zu Undichtigkeiten, Verunreinigungen, verkürzter Haltbarkeit oder erhöhten Lebensmittelverlusten führt, kann der ökologische Vorteil einer Materialeinsparung schnell relativiert werden.

Das Ziel sollte daher nicht darin bestehen, Barrieren grundsätzlich zu eliminieren.

Vielmehr geht es darum, die richtige Barriere in der richtigen Menge mit dem richtigen Fasersubstrat zu kombinieren und dabei sowohl die Gebrauchseigenschaften als auch die Verwertung nach Gebrauch zu berücksichtigen.

Das Basispapier ist genauso wichtig wie die Beschichtung

Die Leistungsfähigkeit einer Barriere kann nicht unabhängig vom darunterliegenden Papier oder Karton beurteilt werden.

Wichtige Eigenschaften des Basismaterials sind unter anderem:

• Flächengewicht

• Volumen

• Steifigkeit

• Oberflächenglätte

• Porosität

• Cobb-Wert und Wasseraufnahme

• Formation

• Bedruckbarkeit

• Rill- und Falzverhalten

• Dimensionsstabilität

Dieselbe Beschichtung kann sich auf unterschiedlichen Substraten deutlich unterschiedlich verhalten.

Bei geformten Lebensmittelbehältern, Bechern und komplexeren Food-Service-Verpackungen wird insbesondere das Zusammenspiel von Karton, Beschichtung, Druck, Rillung, Versiegelung und Formgebung entscheidend.

Die Materialauswahl sollte deshalb den gesamten Verarbeitungsprozess berücksichtigen – nicht nur die Spezifikation der Beschichtung.

Die Barriere muss zur Anwendung passen

Unterschiedliche Lebensmittelverpackungen benötigen unterschiedliche Leistungsprofile.

Papier für trockene Backwaren stellt andere Anforderungen als eine Nudelschale mit heißer Flüssigkeit. Ein Kaltgetränkebecher unterscheidet sich deutlich von einem Burger-Wrap, und eine Tiefkühlverpackung arbeitet unter völlig anderen Bedingungen als eine Take-away-Menübox.

Vor der Auswahl eines Barrierepapiers sollten daher einige zentrale Fragen beantwortet werden:

Was wird verpackt?

Ist das Produkt trocken, feucht, fettig, sauer, tiefgekühlt oder heiß?

Bei welcher Temperatur erfolgt die Befüllung und Verwendung?

Hot-Fill- und Heißspeisenanwendungen können sich erheblich von Anwendungen bei Raumtemperatur unterscheiden.

Wie lange ist die erforderliche Kontaktdauer?

Wenige Minuten im Food-Service und eine Haltbarkeit von mehreren Monaten stellen grundlegend unterschiedliche Anforderungen.

Welche Weiterverarbeitung ist vorgesehen?

Drucken, Stanzen, Rillen, Falten, Formen, Kleben und Heißsiegeln können die Materialauswahl wesentlich beeinflussen.

Welcher Verwertungsweg ist vorgesehen?

Die vollständige Verpackungsstruktur sollte im Zusammenhang mit der relevanten Sammel- und Recyclinginfrastruktur des jeweiligen Zielmarktes bewertet werden.

Lebensmittelkonformität bleibt unverzichtbar

Nachhaltigkeitsargumente können die Anforderungen an die Lebensmittelsicherheit nicht ersetzen.

Jedes Barrieresystem, das für den direkten oder indirekten Lebensmittelkontakt vorgesehen ist, muss für seine konkrete Anwendung und den jeweiligen Zielmarkt bewertet werden.

Für europäische Anwendungen sollte die Materialauswahl daher durch geeignete Dokumentationen, Prüfungen und Erklärungen für die vorgesehenen Lebensmittelkontaktbedingungen unterstützt werden.

Die konkreten Anforderungen hängen unter anderem von Materialaufbau, Lebensmittelart, Temperatur, Kontaktdauer und den jeweils anwendbaren gesetzlichen Bestimmungen ab.

Auch Aussagen wie „kunststofffrei“, „PFAS-frei“, „recyclingfähig“, „kompostierbar“ oder „biobasiert“ sollten nur verwendet werden, wenn sie für das konkrete Produkt und den jeweiligen Markt nachvollziehbar belegt werden können.

Die Zukunft ist anwendungsspezifisch

Der Übergang über konventionelle PE-Beschichtungen hinaus wird voraussichtlich nicht durch eine einzige universelle Ersatztechnologie bestimmt.

Stattdessen entwickelt sich der Markt zunehmend in Richtung anwendungsspezifischer Materialstrukturen.

Für vergleichsweise einfache Anwendungen kann eine leichte Dispersionsbarriere bereits ausreichend sein. Andere Produkte benötigen komplexere Mehrschichtlösungen.

In bestimmten Anwendungen können konventionelle Polymerbeschichtungen weiterhin die technisch sinnvollste Lösung darstellen, solange alternative Technologien keine vergleichbare Funktionalität, Sicherheit und geeignete Verwertbarkeit gewährleisten können.

Die entscheidende Veränderung besteht deshalb nicht einfach darin, eine Beschichtung durch eine andere zu ersetzen.

Es geht darum, die gesamte Verpackungsstruktur intelligenter zu entwickeln.

Papironovas Ansatz für Barriereverpackungen

Bei Papironova betrachten wir Barrierepapier als Bestandteil eines vollständigen Verpackungssystems.

Substrat, Beschichtung, Lebensmittelkontaktbedingungen, Verarbeitungsprozess, erforderliche Barriereleistung und vorgesehener Verwertungsweg müssen aufeinander abgestimmt sein.

Bei Projekten im Bereich Lebensmittel- und Food-Service-Verpackungen betrachten wir Anforderungen über verschiedene Papier- und Kartonsubstrate, beschichtete Strukturen und fertige Verpackungsformate hinweg.

Wenn Sie eine neue faserbasierte Verpackung entwickeln oder nach einer Alternative zu konventionell PE-beschichtetem Papier suchen, sollte die Auswahl mit der Anwendung beginnen – nicht mit dem Namen der Beschichtung.

Teilen Sie uns mit:

• welches Lebensmittel oder Getränk verpackt werden soll

• Befüllungs- und Gebrauchstemperatur

• erforderliche Kontaktdauer oder Haltbarkeit

• benötigte Beständigkeit gegen Wasser, Öl, Fett oder Wasserdampf

• Druck- und Verarbeitungsverfahren

• gewünschtes Verpackungsformat

• Zielmarkt und Compliance-Anforderungen

• vorgesehenen Recycling- oder Verwertungsweg

Auf dieser Basis kann eine geeignete Materialstruktur bewertet werden.

Papironova – Papier. Verpackung. Performance.

Für technische Anfragen und Materialentwicklungsprojekte kontaktieren Sie unser Papironova-Team.