Siegelnahtfestigkeit-optimierte Folien aus kristallisierbaren Biopolymeren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. René Androsch; Professor Dr.-Ing. Jens-Peter Majschak; Professor Dr.-Ing. Michael Nase
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Biomaterialien ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542457034

Im Zuge der Ablösung der fossilen Rohstoffbasis gelangen vermehrt Biopolymere und naturfaserbasierte Materialien in den Fokus. Die Forderung nach Kreislauffähigkeit führt zu einem Trend hin zu rezyklierbaren oder bioabbaubaren Mono- und Verbundpackstoffen. Beide Trends machen somit biogene Monomaterialien und trennbare oder bioabbaubare Verbundpackstoffe (z.B. biopolymerbeschichtete Papiere) interessant und werfen Fragen nach der besten Vereinbarkeit von Funktionalität, biogener Rohstoffbasis und Rezyklierbarkeit bzw. Bioabbaubarkeit auf. Vor diesem Hintergrund einer mittel- bis langfristigen Entwicklung besteht unter anderem ein Wissensdefizit bezüglich der Eigenschaften von biobasierten Siegelfolien und deren Wechselwirkungen im Verarbeitungsprozess. Dazu zählen beispielsweise Poly(L-milchsäure) (PLLA), Polybutylensuccinat (PBS) und stärkebasierte Polymere. Am häufigsten kommt PLLA zum Einsatz. Unmodifiziertes PLLA ist für viele Anwendungen zu spröde und wird erst mit Additiven oder Blendpartnern verarbeitbar. Neben dem direkten Einsatz von Weichmachern können auch Blends aus PLLA und PBS mit dem Ziel der Herstellung flexibler Folien für Verpackungszwecke realisiert werden. Mit der geplanten Forschungsarbeit sollen strukturverändernde Einflüsse insbesondere aus dem Verarbeitungsprozess auf die Siegelnahtfestigkeit am Beispiel des Wärmekontaktsiegelns von Biokunststoffen untersucht werden. Dadurch wird das Einsatzpotenzial solcher Kunststoffe z.B. in Lebensmittelverpackungen verbessert. Es werden für das Ausbilden der Siegelnaht Abhängigkeiten von der Materialauswahl, der Prozessführung bei der Folienherstellung und beim Siegeln und der Mikrostruktur untersucht. Diese grundlegende Zielstellung beinhaltet insbesondere: I. Entwicklung einer Messmethodik zum Erfassen des ortsaufgelösten Temperatur-Zeit-Profils im Querschnitt beim Siegeln von Folien. II. Erweiterung des Verständnisses der beim Siegeln ablaufenden mikrostrukturellen Änderungen und deren Auswirkungen auf die Siegelnahteigenschaften, auch unter Berücksichtigung der Verarbeitungshistorie bei der Folienherstellung. III. Weiterentwicklung und Anwendung der experimentellen Methodik zur bruchmechanischen Bewertung der Siegelnahteigenschaften unter Zuhilfenahme von Konzepten der Fließbruchmechanik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen