Innovative Technologien für Barrierebeschichtungen auf Papier in über 50 bewährten Beschichtungsverfahren.

Der touchpoint packaging auf der diesjährigen drupa widmet sich der „Zukunft der Verpackung“ und bringt dafür Experten aus allen Bereichen der Wertschöpfungskette zusammen. Polytpye Converting (Matthews International) stellt seinen umfassenden Support und seine neuesten Entwicklungen im Bereich Coating vor, die präzise funktionale Barrierebeschichtungen auf Papiersubstraten im R2R-Verfahren ermöglichen – für eine Vielzahl an Anwendungen innerhalb der Verpackungsindustrie. Mit der Möglichkeit, aus über 50 bewährten Beschichtungsverfahren zu wählen, der engen Zusammenarbeit mit Herstellern von High performance-Barrierebeschichtungen und einer der größten Inhouse-Testkapazitäten der Coating & Converting-Branche, kann der Prozess passgenau auf die Anforderungen des Kunden bzw. auf die des zu produzierenden Produktes ausgelegt werden.

Der Megatrend Nachhaltigkeit macht auch vor der Verpackungsbranche nicht halt. Schlagworte wie Kreislaufwirtschaft, Auswirkungen künftiger Verpackungsordnungen und Regularien wie auch der Ruf nach innovativen Lösungen für die Gestaltung und Umsetzung nachhaltiger Verpackungskonzepte bestimmen den aktuellen Diskurs.„In unserer Unternehmensstrategie ist dies – neben dem zweiten Megatrend Neue Energien – schon längst angekommen“, berichtet Esa-Matti Aalto, Senior Vice President/General Manager Coating & Converting Industries, Matthews Engineering. „Die zentrale Frage, die auch im Rahmen des touchpoint packaging auf der drupa diskutiert wird, lautet: Wie können vor dem Hintergrund dieser Entwicklung Verpackungen, deren Materialien wie auch zugrundeliegende Produktionsprozesse nachhaltiger gestaltet werden? Hier setzen wir gezielt an.“

Papier liegt bei Verpackungen im Trend

Dass Papier als zugrundeliegender Rohstoff im Verpackungsbereich an Beliebtheit gewinnt, ist einerseits der zunehmenden Nachfrage nach brauchbaren Alternativen zu Mehrschicht- und Einwegkunststoffen geschuldet. Von den dafür eingesetzten Materialien – in erster Linie Kunststoffen auf fossiler Basis – Abstand zu nehmen, geschieht oftmals aus Gründen des nur aufwendig zu realisierenden Recyclings im Falle von Mehrschicht-Substraten, und vor dem Hintergrund von Richtlinien und Initiativen, die auf starke Einschränkungen oder das Verbot von Einwegplastik abzielen. Zum anderen hat an dieser Entwicklung auch das Thema Lebensmittelsicherheit einen Anteil. So hat die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) einen neuen Schwellenwert für die zulässige wöchentliche Aufnahme von Fluorchemikalien (PFAS, kurz für per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen) festgelegt, und bei der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) steht die wissenschaftliche Bewertung des Beschränkungsdossiers für PFAS in Nahrungsmittelkontaktmaterialien und Verpackungen bevor. Die fett- und feuchtigkeitsbeständige Eigenschaft von Lebensmittelverpackungen zu gewährleisten, muss entsprechend auf anderem – unbedenklichem – Wege erzielt werden.

Barrierebeschichtungen auf Papier bieten eine Reihe von Vorteilen

Alle gängigen Anforderungen der Industrie können aber trotz des Verzichts auf Mehrschicht- und Einwegkunststoffe und ohne den Einsatz von PFAS-haltigen Stoffen erreicht werden, und dabei wettbewerbsfähig und kosteneffizient in der Produktion sein. Hier kommen funktionale Barrierebeschichtungen auf Papier ins Spiel. Die Vorteile liegen auf der Hand:

Papier wird auf Basis nachwachsender Rohstoffe produziert und ermöglicht leicht recycelbare Lebensmittelverpackungen, die sich als Mono-Material in der Kreislaufwirtschaft dem Recyclingprozess direkt wieder zuführen lassen. Der hochwertige Eindruck in Bezug auf Optik und Haptik – gerade im Verpackungsbereich oftmals wichtiges Entscheidungskriterium am Point of Sale – ist durch das wertige Erscheinungsbild der bedruckten Außenseite gegeben, während die Beschichtung der Innenseite, in manchen Fällen auch beider Seiten, zugleich dafür sorgt, dass die Verpackung ausgezeichnete Barriereeigenschaften aufweist. Je nach Produkt stehen dabei unterschiedlichste spezifische Anforderungen im Fokus. Muss die Lebensmittelverpackung in bestimmten Fällen die Undurchlässigkeit gegenüber äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit oder Sauerstoff-Einwirkung und schlussendlich die längere Haltbarkeit des Inhalts gewährleisten, erfordern andere Verpackungsanwendungen eine hocheffektive Sperre gegen das Durchdringen von Aromen, Fett, Öl oder Flüssigkeiten – man denke beispielsweise an die Mitnahme von Speisen oder den klassischen Kaffeebecher to go. Dabei versteht sich von selbst, dass diese Art der Beschichtung für den direkten Lebensmittelkontakt geeignet sein muss.

In der Produktion spielen weiterhin funktionale Aspekte eine Rolle: Bleibt die Barriereeigenschaft auch im Falz in der gewünschten Qualität erhalten? Lässt sich die Beschichtung versiegeln? Wie verhält sich die Verpackung, wenn sie vom Endverbraucher geöffnet wird bzw. kann sie leicht wieder verschlossen werden? In all diesen Bereichen können Verpackungsprodukte auf Papierbasis mit entsprechender funktionaler Barrierebeschichtung mit ihrer Konkurrenz aus Plastik mithalten – und bringen darüber hinaus die bereits genannten Vorteile mit.

Perfekt aufs Produkt zugeschnittene Barrierebeschichtungen

Polytype Converting bietet je nach Anwendungsfall und Fragestellung des Kunden passgenaue, produktspezifische Lösungen für Barrierebeschichtungen auf Papiersubstraten an, die alle gängigen Anforderungen der Industrie an ein Verpackungsprodukt erfüllen. In enger Zusammenarbeit mit Herstellern von funktionalen Beschichtungsmedien für high performance barrier coating sowie mit mehr als 50 bewährten Verfahren im Bereich Beschichtung (einschließlich entsprechenden Massezuführungssystemen mit Entgasung von schaumempfindlichen Beschichtungslösungen), darüber hinaus mit energie-sparender und punktgenauer, zugleich produktschonender Trocknung sowie den geeigneten Rückbefeuchtungssystemen zur Einstellung des Feuchtigkeitsprofils und zur Sicherstellung der Planlage der Papierbahn vor dem Aufwickeln –­ dies ohne Beeinträchtigung der Barriereeigenschaften – bietet das Unternehmen ein breites Portfolio für die effiziente Verarbeitung von papierbasierten Verpackungssubstraten.

Mit den umfassenden Möglichkeiten in den technischen Kompetenzzentren an den Standorten in Bocholt (DE) und in Fribourg (CH) können Kunden auf eine der größten Testkapazitäten für Beschichtungsversuche der Converting-Branche zurückgreifen.

„In gezielten Beschichtungsversuchen entwickeln wir gemeinsam mit Partnern und Herstellern der Beschichtungsmedien wie auch unseren Kunden individuelle und maßgeschneiderte Produktergebnisse,“ erklärt Markus Schlütter, Senior Sales Manager Coating & Converting/Industrial Applications, Matthews Engineering, und ergänzt: „Die Testläufe erfolgen unter realistischen Prozessbedingungen, und erlauben damit eine 1:1-Übertragbarkeit auf das spätere Produktionsverfahren.“

Auch die exakte Auslegung der Trockner wird durch präzise Simulationen des Trocknungsprozesses, ergänzt durch Versuche in den technischen Kompetenzzentren, sichergestellt. Auf dieser Basis entstehen bestmöglich ausgelegte Beschichtungs- und Trocknungstechnologien, die anschließend ohne weiteres vom Labormaßstab in ein nachhaltiges Produktionsverfahren überführt werden können.

Auswahl an präzisen Beschichtungstechnologien

Dank jahrzehntelanger Erfahrung im Sondermaschinenbau und gestützt durch die individuell erstellten Testergebnisse, sind die Produktionsanlagen auf maximale Präzision und Effizienz ausgelegt. Bei möglichen Bahnbreiten bis zu 3.000 mm können Bahngeschwindigkeiten über 1.000 m/min erreicht werden; die Regelung der Anlagen kann auf Basis eines Closed Loop-Mess- und Kontrollsystems erfolgen. Die Beschichtungsstärken können je nach erforderlicher Barrierestufe ausgelegt werden. Allen Prozessen ist gemeinsam, dass die Vorbereitung des Beschichtungsmediums sich an dessen rheologischen Eigenschaften orientiert und die Dosierung der flüssigen Beschichtungslösung zum Austragssystem auf die Vermeidung von Schaumbildung bzw. Lufteinschlüssen ausgelegt ist, um höchste Oberflächenqualitäten zu erreichen.

Für funktionale Barrierebeschichtungen auf papierbasierten Substraten bietet Polytype Converting die Möglichkeit der Beschichtung mittels gängiger Rasterwalzensysteme (Reverse Gravure Roll Coating) und setzt dabei unter anderen als bewährtes Druckkammerrakelsystem das sogenannte Pressurized Gravure System (PGS®) ein, ein modular aufgebautes System, dessen Beschichtungsmodul sowohl fest installiert als auch als flexibler Beschichtungstrolley erhältlich ist. Ausgelegt auf die einseitige oder auch die doppelseitige Beschichtung in einem Durchgang, können verschiedene Beschichtungsstärken erreicht werden: Typische Daten des PGS® Coating-Moduls für Nassbeschichtung liegen bei einer Stärke von 3 bis 50 g/m2 für Beschichtungsgeschwindigkeiten von bis zu 600m/min, in bestimmten Fällen sogar von bis zu 1.000 m/min. Mit ein und demselben Modul können dabei in Abhängigkeit der Rheologie der Beschichtungslösung – ohne Walzenwechsel – unterschiedliche Beschichtungsstärken in einem Spielraum von etwa ± 20% gefahren werden, indem ohne größeren Aufwand der Druck in der Kammer variiert sowie die relative Walzengeschwindigkeit angepasst wird. Eine Besonderheit insbesondere bei funktionalen Barrierebeschichtungen besteht darin, dass in den seltensten Fällen chemische Entschäumer als Additive in Frage kommen: Sie könnten die Barriereeigenschaften negativ beeinflussen. Hier empfiehlt sich zusätzlich ein geeignetes Entschäumungssystem im Rücklauf, um Lufteintrag in den Beschichtungskopf zu vermeiden.

Darüber hinaus bietet Polytype Converting verschiedene Verfahren auf der Basis vordosierter Düsensysteme an. Sowohl die Breitschlitzdüsenbeschichtung (Slot Die Coating) als auch die Vorhangbeschichtung (Slide Curtain Coating) sind für funktionale Barrierebeschichtungen auf Papier geeignet, mit Beschichtungsstärken von 10 bis 500 g/m2 für Bahngeschwindigkeiten bis zu 2.000 m/min. Im Besonderen besteht neben einfachen Beschichtungen beim Slide Curtain-Verfahren auch die Möglichkeit der Multilayer-Beschichtung, bei welcher in nur einem Durchgang mehrere funktionale Beschichtungslagen aufgetragen werden. Der Clou an der Sache: Auf diese Weise lassen sich die Barriereeigenschaften noch exakter auf die spätere Funktion beim Verpackungsprodukt ausrichten und gezielt optimieren. Zusätzliche Vorteile dieses kontaktlosen Verfahrens ergeben sich im Handling, da weder ein „Vernebeln“ noch überschüssige Beschichtungslösung im Rücklauf den Prozess beeinträchtigen. Das Ergebnis: Bei hervorragender Gleichmäßigkeit der Schichtstärke (weniger als ±1% sowohl im Quer- als auch im Längsprofil) treten praktisch keine Beschichtungsdefekte auf – um nur einige der wichtigsten Vorteile zu nennen.

Hat Papier im Verpackungsbereich eine Zukunft?

Sind Barrierebeschichtungen auf Papier als Alternative zu Einweg- und Multilayer-Kunststoffverpackungen und vor dem Hintergrund der Problematik rund um PFAS-haltige Stoffe nur ein vorrübergehender Trend?

„Diese Frage kann ich klar mit Nein beantworten. Wir erfahren einen enormen Zuspruch und verzeichnen mit Polytype Converting eine steigende Nachfrage nach innovativen Beschichtungslösungen im Bereich funktionaler Barrierebeschichtungen auf Papiersubstraten,“ erklärt Esa-Matti Aalto, Senior Vice President/General Manager Coating & Converting Industries, Matthews Engineering, und fügt hinzu: „Unsere Kunden unterstützen wir umfassend dabei, sich in diesem Bereich zukunftssicher aufzustellen.“

Passgenaue Lösungen für die effiziente Produktion von papierbasierten Verpackungsprodukten entstehen in enger Abstimmung zwischen individueller Kundenanforderung, dem jeweiligen Hersteller des Beschichtungsmediums und Polytype Converting als (Sonder-)Maschinenbauer für bestmöglich ausgelegte Produktionsanlagen. Mit der gut erreichbaren Lage der beiden Testzentren in der Mitte Europas (Bocholt in NRW und Fribourg in der Schweiz) ist das Unternehmen darüber hinaus auch geografisch ideal positioniert.