Flexible Verpackungen, die 35 % weniger Plastik verbrauchen?

Lisa McTigue Pierce | 28. April 2022

Flexible Verpackungen sind bereits leicht, insbesondere im Vergleich zu starren Behältern. Doch Produkthersteller suchen weiterhin nach Möglichkeiten, den Einsatz von Kunststoff in Verpackungen zu reduzieren.

Das neue VO+-Masterbatch von VOID Technologies bietet eine weitere Möglichkeit, Ihren Kunststoff-Fußabdruck zu minimieren. James Gibson, CEO von VOID Technologies, erklärt in diesem exklusiven Packaging Digest, wie dies möglich ist.

Gibson: Bei VO+ geht es darum, den Übergang zu nachhaltigeren Kunststoffen und flexiblen Verpackungen zu beschleunigen. Dabei handelt es sich um eine umfassend patentierte Kavitations-/Hohlraumbildungstechnologie, die Hohlräume – Lufteinschlüsse – im Nano- und Mikromaßstab in Kunststoffen erzeugt, um die Dichte und den Materialverbrauch zu reduzieren, die Leistung zu steigern und die Recyclingfähigkeit zu verbessern. VO+ ist in Thermoplasten wie Polyolefinen und Polyestern sowie in einer Reihe von Produktformen wie Filmen, Platten, Fasern und Filamenten wirksam. Und falls Sie sich fragen: Wir haben unser Unternehmen nach der Hohlraumstruktur benannt, die VO+ in Polymeren erzeugt.

Heutzutage ist die VO+-Technologie bei Polyethylenfolien (PE) mit maschineller Ausrichtung (MDO) am weitesten entwickelt. Durch die Kombination der Vorteile von MDO mit der VO+-Technologie lösen wir den Konflikt zwischen Materialreduzierung, Leistung und Recyclingfähigkeit. In diesem Sinne ist VO+ ein Durchbruch, der Verpackungsherstellern und Konsumgüterunternehmen ein einzigartiges Angebot bietet. Es reduziert die Polymerdichte und verbessert gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften wie Durchstoßfestigkeit und Zähigkeit, was wiederum eine Reduzierung der Foliendicke ermöglicht, was zu einer noch stärkeren Materialeinsparung führt.

Wenn außerdem die VO+-Hohlraumstruktur erzeugt wird, wird das Licht durch den Film gebeugt, wodurch ein hohes Maß an Opazität entsteht, ohne dass Pigmente wie TiO2 (Titandioxid) erforderlich sind. Dies ist ein wichtiger Vorteil, denn es bedeutet, dass VO+-Folien mit klaren Kunststoffabfallströmen recycelt werden können, ohne dass es zu Farbverunreinigungen kommt.

VO+ MDO PE-Folien sind für eine Reihe von Märkten relevant, darunter flexible Verpackungen, Landwirtschaft und Industriegüter.

Gibson: Nanoclays und VO+ sind sehr unterschiedliche Technologien. Typischerweise werden Nanotone verwendet, um die Wärme- und Barriereeigenschaften von Kunststofffolien zu verbessern.

Im Vergleich dazu ist VO+ ein Polymeradditivsystem, das als Masterbatch-Harzpellet an Folien- und Verpackungshersteller geliefert wird. Basierend auf der herkömmlichen Verwendung dieses Begriffs würden wir VO+ nicht allgemein als „Nanotechnologie“ bezeichnen, sondern es handelt sich vielmehr um eine andere Technologie, die Polymereinschlüsse nutzt, um Hohlraumstrukturen im Nano- und Mikromaßstab in Kunststoffen zu erzeugen, um das Gewicht zu reduzieren und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und sorgen für Opazität ohne TiO2. Diese kombinierten Vorteile ermöglichen es uns, nachhaltigere Produkte mit verbesserter Recyclingfähigkeit zu entwickeln.

Es könnte auch verlockend sein, VO+ mit CaCO3 zu vergleichen, das als Kavitationsmittel verwendet werden kann. CaCO3 wird heute in Polyolefinen wie biaxial orientiertem Polypropylen (BOPP) oder atmungsaktiven PE-Folien in Hygieneanwendungen eingesetzt. Unsere Analyse zeigt jedoch, dass VO+ in Folien aus linearem Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) bei gleichen Beladungsniveaus ein viel effizienteres Kavitationsmittel ist, was eine viel höhere Opazität und eine geringere Dichte ermöglicht. Darüber hinaus verringert VO+ nicht die Barriereleistung von PE-Folien, während CaCO3 häufig gezielt zur Herstellung atmungsaktiver Folien mit hoher Wasserdampfdurchlässigkeit verwendet wird, wodurch VO+ besser für Anwendungen wie Lebensmittelverpackungen geeignet ist.

Gibson:Die Größe der einzelnen Hohlräume reicht von Hunderten von Nanometern bis zu 10 Mikrometern.

Gibson: VO+ ist auf biaxial oder quergerichtete Folien anwendbar. Unser Hauptaugenmerk lag auf dem MDO-Filmmarkt, der schnell wächst. Wir sehen, dass viele neue MDO-Anlagen installiert werden, weil die Branche dringend auf die Nachfrage nach Nachhaltigkeit und Dekarbonisierung von Kunststoffen eingehen muss. Viele multinationale Unternehmen für verpackte Konsumgüter (CPG) haben sich öffentlich dazu verpflichtet, Plastik zu reduzieren. Hinzu kommen neue Vorschriften und Plastiksteuern, die in Europa rasch in Kraft treten.

MDO ist eine hervorragende Technologie zur Verkleinerung von Folien, um weniger Kunststoff zu verbrauchen. Es wird bereits mit großem Erfolg in Voll-PE-Beuteln (orientierter Polyester/OPET-Ersatz) eingesetzt. Wenn VO+ mit MDO kombiniert wird, bietet es ein überlegenes Angebot, das auf der Schaffung leistungsstarker Produkte mit einem noch geringeren ökologischen Fußabdruck basiert.

Gibson:Richtig, die Technologie kann bei geblasenen und gegossenen MDO-Folien eingesetzt werden.

Gibson: VO+ kann entweder zu einschichtigen oder coextrudierten Folienstrukturen hinzugefügt werden. Wir finden, dass VO+ sehr effizient ist, wenn es in einer oder mehreren Schichten einer coextrudierten Folie enthalten ist. Dies ermöglicht Flexibilität für die Weiterverarbeitung wie Drucken, Versiegeln und Bearbeiten.

Gibson:Unser proprietäres VO+-Masterbatch-Verfahren sorgt beim Nachlassen während der Folienextrusion für eine gleichmäßige Additivdispersion.

Gibson: Dies hängt vom Polymer und den Anforderungen für die Anwendung ab. Bei MDO-PE-Folien erreichen wir typischerweise eine Materialreduzierung von etwa 35 %, basierend auf 11 % VO+-Additiv in der endgültigen Folie. Allerdings haben wir Additivsysteme in der Entwicklung, die eine Materialeinsparung von bis zu 50 % ermöglichen könnten.

Über die Materialreduzierung hinaus ist hervorzuheben, dass eine Reihe unserer Kunden VO+ auch zur Lösung von Recyclingproblemen im Zusammenhang mit Folien mit sehr hoher Opazität verwenden. Aufgrund der hohen TiO2-Beladung haben diese Folien häufig eine Dichte von mehr als 1 g/cm3. Dies stellt eine Herausforderung beim Recycling dar, da die Folie während eines Sink-/Schwimm-Recyclingprozesses nicht einfach getrennt werden kann. VO+-Filme können eine sehr hohe Opazität erreichen und gleichzeitig eine Dichte unter 0,90 g/cm3 beibehalten.

Gibson: In Blasfolien wird VO+ in Folienstärken von 0,8 mil (20 μm) bis 2 mil (50 μm) verwendet. Wenn ein Hersteller eine kollabierte Blase verwendet, kann die maximale Dicke auf 4 mil (100 μm) verdoppelt werden. Im gegossenen Zustand kann die Stärke der VO+-Folie auf 40 mil (1 mm) und mehr erhöht werden.

Gibson: Wie bei allen Rohstofflieferanten in unserer Branche üblich, geben wir die Preise lieber nicht öffentlich bekannt. Wir können sagen, dass VO+ ein einzigartiges Wertversprechen mit einem äußerst attraktiven ROI für die Lieferkette bietet.

Gibson: Die VO+-Technologie wurde bei Kimberly-Clark im Rahmen einer Forschungsinitiative erfunden. Zu dieser Zeit war der Chefingenieur von VOID, Ryan McEneany, Teil des Nachhaltigkeitsteams von Kimberly-Clark. Er ist einer der Miterfinder der VO+-Technologie. Später, im Jahr 2015, wurde VOID ausgegliedert und als unabhängiges Unternehmen gegründet, um VO+ weiterzuentwickeln und zu vermarkten.

Gibson: Diese Unternehmen sind Investoren und Anteilseigner von VOID. Darüber hinaus sind wir derzeit nicht in der Lage, vertrauliche Projekte zu besprechen.

Gibson: VO+ nutzt Mono- und Biax-Orientierungstechnologien, um die mechanische Leistung von Polyolefinen zu verbessern. Wenn Folien gedehnt werden, richten sich die Polymerketten aus und dies erhöht die mechanische Festigkeit. Unsere Tests zeigen, dass VO+-Filme im Vergleich zu einem Standard-MDO-Film typischerweise gleichwertige oder verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen.

Gibson: VO+-Filme sind vielseitiger, da die Opazität durch die Filmstruktur und nicht durch Pigmente entsteht, was bedeutet, dass sie sowohl für opake als auch für Anwendungen mit geringer Trübung recycelt werden können. Im Gegensatz dazu stellen traditionell pigmentierte Folien eine Verunreinigung in Recyclingströmen mit geringer Trübung/Transparenz dar und können daher nur in weißen und farbigen Strömen verwendet werden, was ihre Recyclingfähigkeit einschränkt. VO+-Abfälle können auch wieder in VO+-Filme eingearbeitet werden.

Ein zweiter wichtiger Vorteil besteht darin, dass VO+-Filme eine hohe Opazität bei geringer Dichte (unter 0,90 g/cm3) aufweisen. Dies bedeutet, dass VO+-Filme während eines Sink-/Schwimm-Recyclingprozesses leicht abgetrennt werden können, was eine Einschränkung für einige hochopazitätsfähige Filme auf dem heutigen Markt darstellt, die stark mit TiO2 beladen wurden, so dass ihre Dichte 1 g/cm3 erreicht oder überschreitet.

Bei Folien und Verpackungen, die mit VO+ hergestellt werden, müssen Hersteller die Recyclingfähigkeit im Kontext des Endprodukts bewerten. VO+ macht einen kleinen Prozentsatz der Filmstruktur und des Endprodukts aus. Wir gehen davon aus, dass VO+ die Recyclingfähigkeit verbessert und nicht beeinträchtigt.

Gibson: Das ist eine tolle Frage. Unsere Technologie ist ideal für weiße Folien, da die Opazität durch die Struktur entsteht. Aber wir arbeiten an einigen aufregenden neuen Möglichkeiten, durch die Anwendung von Hitze klare Fenster zu schaffen, die die Hohlräume kollabieren lassen. Das ist derzeit in der Entwicklung.

Gibson: Wir haben kürzlich eine Investition in Höhe von mehreren Millionen Dollar abgeschlossen und unsere Forschungs- und Entwicklungslabore in Neenah, Wisconsin, eröffnet. Unser Labor umfasst eine Reihe von Extrusionsgeräten, darunter Blasfolienextrusion im Pilotmaßstab mit Inline-MDO, Doppelschnecken-Compoundierung im Labor- und kommerziellen Maßstab sowie eine Reihe von Test- und Analysegeräten. Diese hochmoderne Fähigkeit ermöglicht es uns, unsere F&E- und Produktentwicklungsprogramme zu beschleunigen.

Darüber hinaus haben wir kürzlich ein Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungsgeschäft gestartet, über das Kunststoff-, Verpackungs- und CPG-Unternehmen auf die neue Ausrüstung von VOID zugreifen können. Dies bedeutet, dass Unternehmen schnell Versuche im Pilotmaßstab durchführen können, um die VO+-Technologie und ihre eigene Innovation zu bewerten.

Gibson: Die Entscheidung, uns auf diese großvolumigen Anwendungen zu konzentrieren, haben wir aufgrund von drei Kriterien getroffen: der Nachfrage nach nachhaltigen Lösungen, die durch Verbraucher und Gesetzgebung bedingt ist, technische Eignung und Zugang zur Wertschöpfungskette. Darüber hinaus befinden sich mehrere Anwendungen in großen Kategorien in der Entwicklung, beispielsweise Schlauchbeutelmaschinen, Industrieverpackungen und Agrarfolien.

Gibson: VOID arbeitet mit einer Reihe führender Folien- und Verpackungshersteller sowie Konsumgüterunternehmen hauptsächlich in Nordamerika und Europa zusammen. Wir sind auf dem besten Weg, noch in diesem Jahr Verbraucherverpackungsprodukte mit ihnen auf den Markt zu bringen. Aufgrund von Vertraulichkeitsvereinbarungen kann ich nicht genau sagen, mit welchen Kunden wir zusammenarbeiten, aber dazu gehören beispielsweise große Lieferanten und Marken aus den Bereichen Lebensmittel, Körperpflege und Haushaltspflege.

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