Thermoformen von Verbundmaterialien

Die primäre Funktion der Verpackung ist der Schutz des Produktes vor den Umwelteinflüssen um die Qualität zwischen Herstellung und Verbrauch aufrecht zu erhalten. Der Verbraucher nimmt dies in Form des Mindesthaltbarkeitsdatums wahr. Aufgrund dessen, dass frühzeitig verdorbene Produkte eine große mediale Aufmerksamkeit genießen und daraus erhebliche wirtschaftliche Folgen für die Unternehmen resultieren, nimmt die Produktsicherheit eine zentrale Bedeutung beim Qualitätsmanagement der Abpacker ein.

Um den Schutz für das Lebensmittel bzw. Pharmazeutikum zu gewährleisten, ist eine ausreichende Barrierewirkung der Verpackung sicherzustellen. Diese hängt neben der Dichtigkeit, z. B. der Siegelnaht insbesondere mit den Permeationseigenschaften des Materials zusammen. Bei anspruchsvollen Produkten werden Verbundmaterialien eingesetzt, welche eine Barriereschicht, z. B. Ethylen-Vinylalkohol (EVOH) besitzen. Neben dem Packstoff wird die Permeabilität des Materials vom Herstellungsprozess, z. B. Thermoformen des Formteils sowie den nachgelagerten Prozessen, wie bspw. Sterilisations- und Transportprozesse beeinflusst.

Das Thermoformen ist ein gängiges Verfahren im Bereich der Lebensmittel- und Pharmaindustrie zum Herstellen von Bechern, Trays und Blistern. Aufgrund der notwendigen Schutzfunktion des Produktes kommen größtenteils Barrierematerialien zum Einsatz. Bei der Optimierung des Herstellungs- und Verpackungsprozess treffen unterschiedliche Forderungen aufeinander. So geht die Reduktion der Packstoffdicke im Sinne der Kostenersparnis einher mit einer Abnahme der Barrierewirkung und einer Änderung der Prozessstabilität, z. B. durch Änderungen in der Bahnführung. Allerdings ist die Prozessstabilität für die Produktionssicherheit von wesentlicher Bedeutung. Aufgrund dessen, dass die Bestimmung der Permeabilität unter Umständen mehrere Wochen dauern kann, wird einen produktionsbegleitende Qualitätskontrolle nur in Ausnahmefällen durchgeführt. Ein deutlich schnelleres Verfahren ist die Bestimmung der Wanddicke. Diese ist aber nur eingeschränkt auf die Permeabilität übertragbar, da weitere Faktoren, z. B. die Materialdehnung eine Rolle spielen.

In Vorversuchen konnte gezeigt werden, dass die aus dem Umformprozess resultierende Dehnung des Materials zu einer Ausdünnung der Barriereschicht auf 2,5 % der Ausgangsmaterialdicke und teilweise sogar zur Beschädigung dieser führt. Daraus resultiert eine unzureichende Schutzfunktion. Aus diesem Grund wird im Zuge dieses Forschungsvorhabens untersucht, welche Prozessparameter des Thermoformens die Permeationseigenschaften von Verbundmaterialien beeinflussen. Das zweite Ziel dieses Forschungsvorhaben ist es durch eine gleichmäßige Dehnung des Materials dessen Belastung zu reduzieren und somit Materialeinsparpotentiale bei Erhalt der Barrierewirkung aufzuzeigen.