Tiefziehverhalten

– spielt eine Rolle bei der Weiterverarbeitung von Flachfolien zu Verpackungen im Lebensmittelbereich, die sehr häufig durch Thermoformen erfolgt. Mit diesem Umformverfahren können hocheffizient Schalen, Becher und andere Behältnisse hergestellt werden.

Es ist auch möglich die Herstellung der Behälter, das Befüllen, Verschließen und Verpacken in einem Inline-Verfahren zu kombinieren. Außerhalb der Lebensmittelverpackungen sind Klappblister für alle möglichen Kleinartikel besonders bekannt. Das Thermoformen bietet die Chance, die Verpackung an die oft komplexen Geometrien der zu verpackenden Artikel anzupassen. So erhält man eine moderne Verpackung, in der zum Beispiel elektronische Kleingeräte ohne zusätzliche Polsterung sicher gelagert und transportiert werden können.

Thermoformwerkzeuge können aus Aluminium oder sogar aus Holz hergestellt werden und sind auf Grund des einseitigen Formkontakts mit der Folie sehr günstig zu fertigen. Gerade für kleine oder mittlere Serien stellt das Thermoformen eine wirtschaftliche Alternative zum Spritzgießen dar.

Material

Die am Markt vorhandenen thermoplastischen Biokunststoffe sind prinzipiell alle für das Thermoformen geeignet. Unterschiede bestehen hinsichtlich Verstreckungsgrad, Faltenbildung und Stanzbarkeit. Die Auswahl des geeigneten Werkstoffes hängt von der Anwendung ab und muss sich dabei in erster Linie an den geforderten Eigenschaften der zu produzierenden Thermoformteile wie Transparenz, Steifigkeit oder Permeabilitätseigenschaften orientieren. Durch Materialkombinationen in Mehrschichtsystemen und/oder Einarbeiten von Additiven lassen sich die Eigenschaftsprofile gezielt an die Anwendung anpassen. Dabei können auch synthetische, nicht biobasierte Materialien wie Polyvinylalkohol zum Beispiel für Barriereschichten in Betracht gezogen werden, soweit sie auf Grund des niedrigen Anteils dem Konzept der Biokunststoffe nicht widersprechen.

Hochtransparente Tiefziehfolien lassen sich aus reinem PLA herstellen, diese sind jedoch äußerst spröde und deshalb nur in wenigen Fällen einsetzbar. Durch die Modifikation von PLA mit einem weichmachenden Bindemittel wie PVAc-Festharz (Vinnex 2525) und die Kombination mit einer PA11-Mittelschicht lassen sich hochtransparente und zudem hochfeste Folien herstellen.

Bei der Verwendung von Biokunststoffen im Bereich der Lebens mittelverpackungen spielen die Barriereeigenschaften gegenüber Wasserdampf, Sauerstoff, Aromastoffen, Ölen und Fetten eine große Rolle. Neben der schon oben erwähnten Möglichkeit der Verwendung mehrschichtiger Folien, können diese Eigenschaften auch durch Beschichtungen verbessert werden. Die Versuche im Rahmen des Projektes haben gezeigt, dass sich die Sauerstoffdurchlässigkeit von PLA durch eine wenige Mikrometer starke Schicht aus Nanocellulose um etwa das Hundertfache verringert.

Die niedrige Erweichungstemperatur des PLA ist auf der einen Seite ein Verarbeitungsvorteil, beschränkt aber auf der anderen Seite den Einsatzbereich auf Kaltverpackungen. Ob sich hochtemperaturstabiles Stereokomplex-PLA auch für die Folienherstellung und das anschließende Thermoformen eignet, ist noch nicht genügend erforscht.

Bei der Fertigung von Thermoformteilen ist besonders bei mehrschichtigen Folien die Verstreckung des Materials zu beachten. Das Material dehnt sich formbedingt meist ungleichmäßig. Dadurch reduziert sich die Wandstärke des verformten Teils in einigen Bereichen. Das kann Einfluss auf die Barriere eigenschaften der Schichtstruktur haben. Die Dicke der Ausgangsfolie, die Schichtdicken der einzelnen Komponenten und der Verstreckungsgrad sind entsprechend anzupassen.

Zusammenfassung

Mehrschichtfolien aus Biokunststoff lassen sich wie im Artikel zur Folienherstellung gezeigt gut siegeln. Die Kombination der Schichten sollte auch mit Blick auf gute siegelbare Außenschichten gewählt werden. Die Bedruckbarkeit war bei allen untersuchten Bio-Materialien besser als die von Folien aus PE. Die Produktionsrückstände wie Stanzgitter, Spannränder oder Ähnliches können leicht gemahlen und dem Verarbeitungszyklus bei der Flachfolienherstellung wieder zugeführt werden.

Das Thermoformverfahren ist prädestiniert, um Biokunststoffe im Verpackungsmarkt auch für dünnwandige Verpackungen einzusetzen. Es muss anwendungsbezogen eine gute Abstimmung zwischen Folienhersteller oder -lieferant und dem Thermoformer erfolgen.

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