Kunststoffarten, die in Lebensmittelverpackungen verwendet werden, und ihre Herstellung
Lebensmittelverpackungen spielen eine entscheidende Rolle für die Produktqualität, -sicherheit und Haltbarkeit. In der modernen Industrie ist Kunststoff das am weitesten verbreitete Verpackungsmaterial, da er leicht, flexibel, relativ kostengünstig und formbar ist und eine Barriere gegen Luft und Wasserdampf bilden kann. Allerdings sind nicht alle Kunststoffe für Lebensmittel geeignet. Die Wahl des Kunststoffs hängt von den Produkteigenschaften (trocken/feucht, heiß/kalt, ölig/sauer), den Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit und den Lebensmittelsicherheitsstandards ab.
Nachfolgend werden die gängigen Kunststoffarten für Lebensmittelverpackungen sowie ein Überblick über deren Herstellung (von den Rohstoffen bis zur Verpackung) aufgeführt.
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1. PET (Polyethylenterephthalat) – Code 1
Hauptverwendungszwecke: Flaschen für Mineralwasser und Erfrischungsgetränke, Speiseölflaschen, Soßenbehälter, Salatverpackungen, bestimmte Lebensmittelschalen und Verpackungsfolien.
Vorteile: klar, stark, leicht, gute Barriere gegen Gase und lebensmittelecht.
Einschränkungen: Nicht ideal für sehr hohe Temperaturen (z. B. wiederholtes Erhitzen in der Mikrowelle), außer bei speziell dafür entwickelten PET-Materialien (CPET).
So wird's gemacht:
1. Polymerisation: PET wird durch eine Polykondensationsreaktion zwischen einem Terephthalsäurederivat (z. B. PTA oder DMT) und Ethylenglykol hergestellt. Bei der Reaktion entstehen PET-Polymerketten und Nebenprodukte (z. B. Wasser/Methanol), die abgetrennt werden.
2. Pelletierung: Das flüssige PET wird abgekühlt und zu Granulat (Pellets) geschnitten.
3. Trocknung des Harzes: PET ist hygroskopisch (nimmt leicht Wasser auf). Vor der Weiterverarbeitung werden die Granulate getrocknet, um eine Zersetzung beim Schmelzen zu verhindern.
4. Spritzguss-Vorformling: Für Flaschen wird PET üblicherweise durch Spritzgießen zu einem „Vorformling“ (ähnlich einem kleinen, dicken Rohr) geformt.
5. Streckblasformen: Der Vorformling wird erhitzt und anschließend in einer Flaschenform aufgeblasen und gestreckt. Dieses Verfahren erhöht die Festigkeit und Transparenz der Flasche.
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2. HDPE (Polyethylen hoher Dichte) – Code 2
Hauptverwendungszwecke: Milchflaschen, bestimmte Gallonenbehälter, Lebensmittelkanister, Flaschenverschlüsse, Lebensmittelbehälter und dicke Produktverpackungen.
Vorteile: robust, stoßfest, relativ chemikalienbeständig und für Lebensmittel geeignet.
Einschränkungen: undurchsichtiger als PET, Sauerstoffbarriere ist nicht so hoch wie bei manchen anderen Kunststoffen.
So wird's gemacht:
1. Ethylenpolymerisation: HDPE wird aus Ethylenmonomer mit einem Katalysator (z. B. Ziegler-Natta oder Metallocen) hergestellt, der eine dichtere Kettenstruktur (hohe Dichte) erzeugt.
2. Extrusion oder Blasformen:
– Für Flaschen/Kanister: im Allgemeinen durch Extrusionsblasformen, d. h. der Kunststoff wird zu einem Rohr (Vorformling) geschmolzen, in eine Form eingeführt und dann so lange geblasen, bis er die Form der Form annimmt.
– Für den Deckel: oft wird Spritzguss verwendet.
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3. PVC (Polyvinylchlorid) – Code 3 (Eingeschränkte Verwendung für Lebensmittel)
Hauptverwendungszwecke (begrenzt und streng reguliert): bestimmte Arten von Frischhaltefolie oder Schrumpffolie.
Vorteile: klar, elastisch wie ein Film, ziemlich stark.
Einschränkungen: Probleme mit Zusatzstoffen (Weichmachern) und der Bildung bestimmter Verbindungen beim Erhitzen; die Verwendung für Lebensmittelverpackungen wird vielerorts zunehmend eingeschränkt.
So wird's gemacht:
1. Vinylchlorid-Polymerisation: Vinylchlorid-Monomer wird zu PVC polymerisiert.
2. Zugabe von Additiven: PVC benötigt fast immer Additive – Stabilisatoren, Gleitmittel und manchmal Weichmacher –, um flexibel und leicht verarbeitbar zu sein.
3. Folienherstellung: üblicherweise durch Kalandrieren (Kunststoff wird über heiße Walzen geführt, um eine dünne Folie zu bilden) oder Folienextrusion.
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4. LDPE (Polyethylen niedriger Dichte) – Code 4
Hauptverwendungszwecke: Brottüten, bestimmte Einkaufstüten, Verpackungsauskleidungen, weiche Flaschen und bestimmte Plastikfolien.
Vorteile: sehr flexibel, ziemlich wasserdicht, leicht zu heißversiegeln.
Einschränkungen: Die Sauerstoffbarriere ist nicht sehr hoch; weniger stabil.
So wird's gemacht:
1. Polymerisation von Ethylen unter hohem Druck: führt zu einer stärker verzweigten Struktur, wodurch das Material flexibler wird.
2. Blasfolienextrusion: LDPE wird sehr häufig durch das Blasfolienverfahren zu Folien verarbeitet: Der Kunststoff wird geschmolzen, zu einem Rohr extrudiert und dann wie ein Ballon aufgeblasen, um eine dünne Folienbahn zu bilden.
3. Filmverarbeitung: Der Film wird zugeschnitten und in Beutel verpackt oder mit anderen Materialien laminiert.
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5. PP (Polypropylen) – Code 5
Hauptverwendungszwecke: Behälter für verzehrfertige Lebensmittel, Joghurtbecher, Strohhalme (in einigen Produkten), Flaschenverschlüsse, Verpackungen für Gewürze und bestimmte mikrowellengeeignete Behälter.
Vorteile: bessere Hitzebeständigkeit als PE, leicht, robust und fettbeständig.
Einschränkungen: Kann bei sehr niedrigen Temperaturen spröde werden; die Reinheit hängt von der Sorte und dem Herstellungsverfahren ab.
So wird's gemacht:
1. Propylenpolymerisation: Herstellung von PP (Homopolymer oder Copolymer) mithilfe eines Katalysators.
2. Thermoformen: Für Becher/Schalen wird PP oft zuerst durch Extrusion zu Platten verarbeitet, dann erhitzt und unter Vakuum/Druck in eine Form gepresst (Thermoformen).
3. Spritzguss: Für bestimmte starre Deckel oder Behälter wird PP im Spritzgussverfahren hergestellt.
4. BOPP-Folie: PP wird auch zu einer Zwei-Wege-Orientierungsfolie (BOPP) verarbeitet, indem es längs und quer gestreckt wird, um es fester und transparenter zu machen. Diese wird häufig zum Verpacken von Snacks verwendet.
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6. PS (Polystyrol) – Code 6 (einschließlich EPS/Styropor)
Hauptverwendungszwecke: Plastiklöffel/-gabeln, Trinkbecher, Fleischschalen und EPS (Schaumstoff) für Lebensmittelbehälter.
Vorteile: preiswert, leicht zu formen, kann transparent (GPPS) oder sehr leicht (EPS) sein.
Einschränkungen: begrenzte Hitzebeständigkeit; Umwelteinflüsse sind insbesondere bei EPS von Bedeutung.
So wird's gemacht:
1. Polymerisation von Styrol: erzeugt PS.
2. Thermoformen: PS-Platten werden erhitzt und anschließend zu Bechern/Schalen geformt.
3. EPS-Herstellung: PS-Granulat wird mit einem Treibmittel vorgedehnt, sodass es sich zu Schaum ausdehnt. Anschließend wird es in eine Form gegeben und erhitzt, um sich zu einem Behälter zu verbinden.
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7. Mehrschichtige/laminierte Kunststoffe (z. B. PET/PE, OPP/CPP, PA/PE)
Viele moderne Lebensmittelverpackungen bestehen nicht mehr aus einer einzigen Kunststoffart, sondern aus einer Kombination mehrerer Schichten, um sich ergänzende Eigenschaften zu erzielen: eine Schicht für die Festigkeit, eine als Sauerstoff-/Aromabarriere und eine zum einfachen Verschließen.
Anwendungsbeispiele: Kaffeeverpackungen, Snacks, Instantnudeln, Portionsbeutel mit Soßen, Tiefkühlkost und Beutel für flüssige Produkte.
Vorteile: hohe Leistungsfähigkeit (gute Barrierewirkung und Festigkeit).
Einschränkungen: Aufgrund der Zusammensetzung aus mehreren Materialien ist das Recycling schwieriger.
So wird's gemacht:
1. Herstellung einzelner Folien: Beispielsweise werden PET-, BOPP-, CPP- oder PE-Folien durch Extrusion und Orientierung hergestellt.
2. Laminierung: Schichten kombiniert mit:
– Bei der Klebelaminierung (lösungsmittelbasiert oder lösungsmittelfrei) wird ein Spezialkleber verwendet, der anschließend getrocknet/ausgehärtet wird.
– Extrusionslaminierung, bei der PE geschmolzen und als heißer Klebstoff zwischen zwei Folien „extrudiert“ wird.
3. Druck: Das Verpackungsdesign wird je nach Bedarf vor oder nach der Laminierung auf eine der Folien gedruckt (Rotogravur/Flexografie).
4. Verpackungsherstellung: Mehrschichtfolien werden auf einer Form-, Füll- und Verschließmaschine zu Sachets, Beuteln oder Rollenverpackungen verarbeitet.
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8. Biokunststoffe (PLA und stärkebasierte Materialien) – Eine wachsende Alternative
Verwendung: Becher, Schalen und Folien für bestimmte Produkte (im Allgemeinen nicht für zu hohe Temperaturen).
Vorteile: Stammt aus nachwachsenden Rohstoffen; ist unter industriellen Kompostierungsbedingungen teilweise biologisch abbaubar.
Einschränkungen: nicht immer hitzebeständig; erfordert ein geeignetes Verarbeitungs-/Kompostierungssystem; die Kosten können höher sein.
So wird's gemacht:
1. Fermentation von Rohstoffen: zum Beispiel wird Mais/Zuckerrohr fermentiert, um Milchsäure zu erzeugen.
2. Polymerisation: Milchsäure wird zu PLA verarbeitet.
3. Extrusion/Thermoformen: PLA wird ähnlich wie herkömmliche Kunststoffe zu Folien oder Behältern verarbeitet.
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Abschluss
Zu den Kunststoffarten für Lebensmittelverpackungen zählen PET, HDPE, LDPE, PP, PS und Mehrschichtlaminate. Die Auswahl des jeweiligen Kunststoffs richtet sich nach Festigkeit, Transparenz, Hitzebeständigkeit und Siegelfähigkeit. Die Herstellungsverfahren variieren: von der Monomerpolymerisation über Granulat bis hin zur Weiterverarbeitung zu Verpackungen mittels Folienextrusion, Spritzguss, Blasformen oder Thermoformen. Angesichts der Nachhaltigkeitsanforderungen werden trotz technischer Einschränkungen und begrenzter Verarbeitungsinfrastruktur zunehmend Biokunststoffe und besser recycelbare Verpackungsdesigns entwickelt.
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