Nasschemisches Beschichtungsverfahren mit Sauerstoffbarrierepotential für Papier und papierähnliche Substrate
Beim Einsatz von Barrierebeschichtungen auf Papier und papierähnlichen
Substanzen wird Recycling und Alternativen zur Kunststoffbeschichtungen
immer bedeutender.
Im Rahmen eines Forschungsprojektes bei INNOVENT e.V. konnten Multi-
Layerbeschichtungsysteme auf der Basis von Sol-Gel derivierten
Hybridpolymeren und modifizierten Polysacchariden entwickelt werden. Die
Beschichtungssysteme demonstrierten sehr gute Sauerstoffbarrieren auch auf
sehr rauen Substraten.
Nachwachsende und recycelbare Materialien wie Papier zeichnen sich in der
Regel durch ihre faserige Struktur aus. Diese Struktur macht sie besonders
wasser- und schmutzaufnahmefähig und durchlässig für Gase wie Sauerstoff
und Wasserdampf. Dies kann die Stabilität der Verpackungsmaterialien
erheblich beeinträchtigen und in vielen Anwendungsfällen nachteilige
Auswirkungen haben. Zum Beispiel können diese Eigenschaften im
Verpackungsbereich dazu führen, dass nicht ausreichend Schutz gegen
Permeation, Migration und Absorption für den Inhalt der Verpackung
gewährleistet ist. Dies wiederum kann bei empfindlichen Produkten in der
Lebensmittelindustrie oder der Medizintechnik zu unerwünschten Reaktionen
führen, die sich in Form von Geschmacksveränderungen (Off-Flavor), Farb-
und Stabilitätsverlusten sowie mikrobiologischem Verderb des Inhalts
bemerkbar machen. Darüber hinaus sind die Verpackungsmaterialien selbst
anfällig für Feuchtigkeit, was ihre Wiederverwendbarkeit und
Langzeitstabilität oft einschränkt
Neue Multi-Layerbschichtungen
Kaum ein nasschemisches Verfahren erweist sich in seiner Vielseitigkeit
der Sol-Gel-Technik gleich. Diese Methode findet Anwendung auf einer
breiten Palette von Substratmaterialien, darunter Glas und Metall, aber
auch temperaturempfindliche Werkstoffe wie Polymere, Textilien und
Fasermaterialien. Dank der Fülle an verfügbaren Vorläufersubstanzen und
der präzisen Steuerung der Reaktionsbedingungen können vielfältige
Schichteigenschaften erzielt werden, die unabhängig vom jeweiligen
Substratmaterial sind. Die Versiegelung von Fasermaterialien gestaltet
sich aufgrund ihrer speziellen strukturellen Beschaffenheit als
anspruchsvoll, da sie Mikrometer-Zwischenräume und äußerst raue
Oberflächen aufweisen. Aus diesem Grund wird zunächst eine
Ausgleichsschicht auf Basis modifizierter Polysaccharide wie Stärkeester
oder Chitosan aufgetragen, um das Substrat grundlegend zu versiegeln.
Anschließend können dünne Sauerstoffbarrierebeschichtung
Hybridpolymeren oder Nanocompositen mithilfe der Sol-Gel-Technik
hergestellt und aufgetragen werden [1,2].
Über INNOVENT
Die Industrieforschungseinrichtung INNOVENT e.V. analysiert, forscht und
entwickelt seit 25 Jahren in den Bereichen Oberflächentechnik, Magnetisch-
Optische Systeme und Biomaterialen. Das Institut aus Jena beschäftigt etwa
130 Mitarbeiter, leitet verschiedene Netzwerke und führt bundesweit
Fachtagungen durch. INNOVENT ist Gründungsmitglied der Deutschen
Industrieforschungsgemeinschaf
1. Trodtfeld, F.; Tölke, T.; Wiegand, C. Antimicrobial
Functionalization of Prolamine–Silica Hybrid Coatings with Fumaric Acid
for Food Packaging Materials and Their Biocompatibility. Antibiotics 2022,
11, 1259, doi: 10.3390/antibiotics11091259.
2. Trodtfeld, F.; Tölke, T.; Wiegand, C. Developing a Prolamin-Based
Gel for Food Packaging: In-Vitro Assessment of Cytocompatibility. Gels
2023, 9, 740, doi:10.3390/gels9090740.
