IMPACT

Das Forschungsprojekt IMPACT widmet sich einer der drängendsten Herausforderungen der modernen Verpackungsindustrie: der Entwicklung von vollständig recycelbaren Papierlösungen, die dennoch einen exzellenten Schutz für empfindliche Güter wie Lebensmittel und Pharmazeutika bieten. Während der Markt für Barrierepapiere aufgrund strengerer Regularien wie dem deutschen Verpackungsgesetz und der europäischen Verpackungsverordnung (PPWR) rasant wächst, stoßen herkömmliche Verfahren oft an ihre Grenzen. Bestehende Verbundmaterialien aus Kunststoff- oder Aluminiumfolien beeinträchtigen die Recyclingfähigkeit massiv, da sie entweder den Fasergehalt unter die kritische Grenze von 95 Gewichtsprozent drücken oder im Recyclingprozess nur schwer vom Papiersubstrat zu trennen sind. Eine direkte Vakuumbeschichtung (PVD) von Papier ist wiederum technisch extrem anspruchsvoll, da die natürliche Rauheit des Substrats und Dimensionsänderungen durch Feuchtigkeitsschwankungen (Hygroskopizität) im Vakuumprozess zu mikroskopischen Defekten und Rissen in der spröden Barriereschicht führen.

Hier setzt IMPACT mit der innovativen Methode der Transfermetallisierung an. In diesem Prozess wird die nanoskalige anorganische Barriereschicht – bestehend aus Materialien wie Aluminium oder Oxiden wie SiOx und AlOx – zunächst auf eine temporäre Trägerfolie aufgebracht, die bereits mit einem speziellen Trennlack (Release Lacquer) beschichtet ist. Diese Schichtfolge wird anschließend über einen Klebstoff mit dem Zielsubstrat Papier verbunden. Der entscheidende Vorteil liegt darin, dass die dicke Trägerfolie nach dem Transfer rückstandslos entfernt wird, wodurch nur die funktionale Barriere auf dem Papier verbleibt, ohne dessen Recycling-Einstufung zu gefährden. Vorversuche am Fraunhofer IVV konnten bereits zeigen, dass so Barrierewerte von Sauerstoffpermeabilitäten unter 1 cm³/(m²·d·bar) und Wasserdampfdurchlässigkeiten unter 1 g/(m²·d) erreicht werden können, was selbst für hochsensible Produkte ausreicht.

Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, die bisher mangelnde Robustheit des Prozesses wissenschaftlich zu untermauern und industrietauglich zu machen. Untersucht werden dabei komplexe Abhängigkeiten: von den physikalischen Eigenschaften des Papiers (wie Grammatur, Oberflächenrauheit und Cobb-Wert) über die mechanischen Kennwerte der Klebstoffe (z. B. Speichermodul und Haftfestigkeit) bis hin zu den Prozessparametern während der Delaminierung (Abzugswinkel und Geschwindigkeit). All diese Faktoren werden in eine mathematische Korrelation überführt. Dieses Modell soll Unternehmen, insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen (KMU), als fundierte Entscheidungshilfe dienen, um ohne teure Fehlversuche die passenden Materialkombinationen und Prozessfenster zu wählen. Da die Technologie weitgehend auf bestehenden Anlagen implementiert werden kann, sinkt das Investitionsrisiko erheblich und ermöglicht KMU den Zugang zum hochdynamischen Markt für nachhaltige Barriereverpackungen. Das internationale Konsortium, bestehend aus der IVLV, dem Fraunhofer IVV sowie den brasilianischen Partnern ITAL und CNPEM, kombiniert hierfür tiefgreifende Expertise in Materialwissenschaft, Modellierung und industrieller Anwendung.