{"id":99036,"date":"2021-10-20T07:35:00","date_gmt":"2021-10-20T05:35:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=99036"},"modified":"2021-10-15T12:51:57","modified_gmt":"2021-10-15T10:51:57","slug":"biokunststoffe-thermoformen-geht-das","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/biokunststoffe-thermoformen-geht-das\/","title":{"rendered":"Biokunststoffe thermoformen \u2013 geht das?"},"content":{"rendered":"\n

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Im Bereich des \u201eRigid Packaging\u201c, der Herstellung steifer Verpackungen, ist die Technologie des Thermoformens von Kunststoffen ein weit verbreitetes Fertigungsverfahren. Die meisten thermogeformten Verpackungen werden weltweit noch immer aus Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET) und Polystyrol (PS) geformt. Biokunststoffe, biologisch abbaubare sowie biobasierte, spielen hierbei noch eine Au\u00dfenseiterrolle. Aufgrund ihrer geringen Rohstoffverf\u00fcgbarkeit und gesetzlicher Vorgaben werden diese nur in bestimmten Anwendungen eingesetzt. Gemessen an der gesamten j\u00e4hrlichen Kunststoffproduktion (2019) von 368 Mio. t haben die Biokunststoffe nur einen Anteil von etwa 1% [1]. Aus technischer Sicht spricht allerdings nichts gegen einen verst\u00e4rkten Einsatz dieser Werkstoffe im Thermoformen. Abh\u00e4ngig von Produktgestalt, der Formatauslegung des Werkzeuges, des Maschinentyps und des eingesetzten Kunststoffs sind St\u00fcckzahlen einzelner Thermoformsysteme von bis zu 150.000 Teilen pro Stunde \u00fcblich.<\/p>\n\n\n\n

Technisch nachhaltige L\u00f6sungen<\/h3>\n\n\n\n

Mit dem Leitgedanken \u201eCircular Thinking\u201c entwickelt Illig Maschinenbau L\u00f6sungen f\u00fcr Packmittelhersteller und unterst\u00fctzt damit den wirtschaftlichen Kreislaufgedanken. Die Nachhaltigkeitsziele sind klar definiert: Reduzieren, Wiederverwenden, Trennen, Recyceln und Erneuern.Anzeige<\/small>In diesen Prozessen nimmt das Heilbronner Team des Illig Technology Center (ITC) als Bindeglied zwischen Anwendungs-, Werkzeug- und Maschinenentwicklung eine wichtige Rolle ein. Die Mitarbeiter im ITC mit Verpackungslabor, dem direkt angeschlossenen Technikum und der technischen Schulung, entwickeln, testen und evaluieren zusammen mit Packmittelherstellern Produkte zur Marktreife und bis zur Produktion auf Systemen des Maschinenbauers.<\/p>\n\n\n\n

Die Rollen-Verarbeitungsmaschinen (Rollensysteme), Platten-Verarbeitungsmaschinen (Plattensysteme) und Blistersysteme sind materialseitig flexibel und bieten Performance auf Knopfdruck. Sie verarbeiten prozesssicher bioabbaubare Kunststoffe, Recyclingware, Kunststoff-Karton-Kombinationen oder Post-Consumer-Folien, bis hin zu reinen Karton-Anwendungen.<\/p>\n\n\n\n

Die bisher am h\u00e4ufigsten im ITC f\u00fcr Anfragen, Projekte und Auftr\u00e4ge eingesetzten Biokunststoffe sind Polylactide (PLA), PLA-Blends (zum Beispiel Ecovio) und Compounds aus Polybutylensuccinat (PBS). Explizit ausgenommen werden sollen aus dieser Aufz\u00e4hlung teil- oder vollst\u00e4ndig aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellte Bio-PP- und Bio-PET-Typen. Diese unterscheiden sich chemisch nicht von ihren erd\u00f6lbasierenden Pendants. Das hat zur Folge, dass Maschinen-, Werkzeug- und Prozesstechnik beim Thermoformen identisch sind [2].<\/p>\n\n\n\n

Nachhaltigkeit spritzgegossener Verpackungen<\/h3>\n\n\n\n

Technische Machbarkeitsstudie<\/h3>\n\n\n\n

Eine der j\u00fcngsten Entwicklungen basiert auf Ergebnissen einer internen Machbarkeitsstudie in Kooperation mit der BASF, Ludwigshafen, dem Rohstoffhersteller von Ecovio, und dem Folienwerk Wolfen, Bitterfeld-Wolfen, als Folienhersteller. Ziele waren das \u00dcberpr\u00fcfen der Einsatzm\u00f6glichkeit und technische Umsetzung eines typischen Thermoformteils f\u00fcr \u201eModified Athmosphere Packaging\u201c (MAP) aus Biokunststoff zum hygienischen Verpacken frischer Lebensmittel wie beispielsweise Fleisch, Gem\u00fcse und Obst.<\/p>\n\n\n\n

Das Team des ITC hat die Versuche auf einem Thermoformsystem des Typs IC-RDK 80 durchgef\u00fchrt. Die maximale Formfl\u00e4che betr\u00e4gt 756 mm x 565 mm und die maximale Taktzahl liegt bei 55 Takten\/Minute. Mit diesem System k\u00f6nnen vielseitige Werkzeuge f\u00fcr Formteile unterschiedlicher Geometrien ger\u00fcstet werden. Durch die M\u00f6glichkeit gleichzeitig formende und stanzende Werkzeuge einzusetzen (auch getrennt formende und stanzende Werkzeuge bei separater Stanzstation sind hier m\u00f6glich), werden eine hohe Formteilqualit\u00e4t ohne Stanzversatz und Produktivit\u00e4t kombiniert. Das f\u00fcr die Studie eingesetzte Werkzeug verf\u00fcgt \u00fcber sechs Kavit\u00e4ten mit einem formen-\/ stanzenden Werkzeug und einem Stapelwerkzeug. Es wird f\u00fcr die Prozessinbetriebnahme verwendet und ist f\u00fcr das Verarbeiten von PP, PET aber auch PS ausgelegt. Die hier existierenden Referenzwerte der Prozessparameter f\u00fcr die aufgez\u00e4hlten Kunststoffe lassen sich direkt mit einem Biokunststoff vergleichen (siehe Tabelle 1). Als Biopolymer wurde Ecovio vom Typ T2308 untersucht, eine von zwei speziell f\u00fcr Thermoformanwendungen spezifizierten Varianten dieses Kunststoffes.<\/p>\n\n\n\n

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Vergleich typischer Prozessparameter f\u00fcr eine MAP-Schale identischer Kontur aus unterschiedlichen Kunststoffen. (Bild: Illig)<\/small><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Welche Alternativen zum mechanischen Kunststoffrecycling gibt es?<\/h3>\n\n\n\n

Hohe Taktzahl erreicht<\/h3>\n\n\n\n

Ein gro\u00dfes Erstaunen bot sich beim Ausloten der m\u00f6glichen Maschinentaktzahl der hergestellten Folie. Die Maschinenbediener brachten das System bis an seine Grenzen. Der Biokunststoff fuhr tats\u00e4chlich mit der h\u00f6chstm\u00f6glichen Taktzahl durch die Linie mit hervorragenden Ergebnissen. Die Stapelf\u00e4higkeit der Formteile war regelm\u00e4\u00dfig und das Herstellen verlief prozesssicher ohne notwendige Anpassungen am Werkzeug Set-up. Bei dieser Versuchskonstellation erzielte die biobasierte Folie 7 % mehr Aussto\u00df im Vergleich zu PET, 10 % zu PS und 26 % mehr zu PP. Diese erstaunlichen positiven Ergebnisse erheben jedoch keinen Anspruch auf Verallgemeinerung und eine generelle \u00dcbertragbarkeit auf die genannten Materialien, sondern m\u00fcssen in weiteren Studien verifiziert werden.<\/p>\n\n\n\n

Das Verarbeitungsfenster des Biokunststoffs beim Thermoformen war ausreichend gro\u00df. Die in der Mitte eines gefunden Prozessfensters gezielten Temperatur\u00e4nderungen hatten kaum einen positiven oder negativen Einfluss auf die Formteilgestalt. Dieses \u201egutm\u00fctige\u201c Formverhalten zeigen in diesem Ma\u00dfe sonst nur PS- oder PET-Applikationen.<\/p>\n\n\n\n

\"Die
Die Schalen aus dem Biopolymer lassen sich regelm\u00e4\u00dfig und prozesssicher stapeln. (Bild: Illig)<\/small><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die mechanischen Eigenschaften der gefahrenen Bio-Formteile waren wettbewerbsf\u00e4hig mit jenen aus PP-, PET- und PS. Das ist auf die hohe Elastizit\u00e4t (E-Modul) des Materials zur\u00fcckzuf\u00fchren. Typischerweise wird der E-Modul in der praktischen Arbeit herangezogen um als N\u00e4herungswert f\u00fcr eine Absch\u00e4tzung der Steifigkeit und mechanischen Festigkeit der sp\u00e4teren Formteile zu dienen. Es wurden im vorliegenden Projekt zwar keine Siegelversuche durchgef\u00fchrt, Erkenntnisse aus vorherigen klein- und gro\u00dftechnischen Anwendungen charakterisieren Ecovio T2308 aber als gut siegelf\u00e4hig. Die Migrationswerte f\u00fcr Sauerstoff liegen laut Hersteller BASF im mittleren Bereich [3]. Die Migrationswerte lassen sich durch den Einsatz einer Barriereschicht aus Polyvinylalkohol (PVOH) noch deutlich erh\u00f6hen. Die industrielle Kompostierung ist trotz einer zus\u00e4tzlichen Barriere aus PVOH gegeben. Daher eignet sich dieser Biowerkstoff insbsondere f\u00fcr Verpackungen, die nach Gebrauch organische Anhaftungen vorweisen. Eine Kompostierung ist dann besonders effizient, wenn durch mangelnde Infrastruktur wirtschaftliche und \u00f6kologische Ziele nicht erreicht werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Warum die Verpackung ansprechend ist<\/h3>\n\n\n\n

Die Transluzenz der aus dem Biopolymer hergestellten Schalen ist aufgrund der Materialstruktur im Vergleich zu den anderen untersuchten Kunststoffen PP, PET und PS am geringsten ausgepr\u00e4gt. Sie l\u00e4sst sich am ehesten als schwache Kontakttransparenz beschreiben. In der Praxis ist somit der frische Inhalt von \u00e4u\u00dferen Einflussfaktoren wie Licht besser abgeschirmt, der Blick des Verbrauchers darauf bleibt durch SichtfensterAnzeige<\/small>in der Siegelfolie gew\u00e4hrt.<\/p>\n\n\n\n

Die vom Maschinenhersteller technisch evaluierte Machbarkeitsstudie zeigt, dass Biokunststoffe sich mit bestehender Maschinen und Werkzeugtechnik thermoformen lassen [4]. Zu ber\u00fccksichtigen sind materialspezifische Anpassungen wie Werkzeugschwindung oder spezifisch notwendige K\u00fchlleistungen. Besonders bei kritischen Applikationen und wenig Erfahrungen zu Verarbeitbarkeit und materialspezifischen Kennwerten von Biokunststoffen empfiehlt es sich, Thermoform-Vorversuche durchzuf\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

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MAP-Schale aus thermogeformten, biobasierten und biologisch abbaubarem Kunststoff.\u00a0(Bild: Illig)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

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Literatur<\/h2>\n\n\n\n

[1] Schwarzmann, Peter; Thermoformen in der Praxis 3. Auflage, Herausgeber ILLIG Maschinenbau GmbH & Co. KG, Carl Hanser Verlag, M\u00fcnchen 2016<\/p>\n\n\n\n

[2] Engelmann, Sven; Advanced Thermoforming; John Wiley & Sons, Inc, Hoboken New Jersey 2012<\/p>\n\n\n\n

[3] BASF Produktinformation<\/p>\n\n\n\n

[4] Fraunhofer \u00dcbersichts\u2013Positionspapier 2018<\/p>\n\n\n\n

[5] https:\/\/www.plastverarbeiter.de\/markt\/geringer-marktanteil-biologisch-abbaubarer-kunststoffe.html<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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