Schlagwort: Drucken und Kaschieren

  • “Drucken und Kaschieren” (Teil 2 von 8): Eigenschaften und Einsatzgebiete verschiedener Folientypen

    “Drucken und Kaschieren” (Teil 2 von 8): Eigenschaften und Einsatzgebiete verschiedener Folientypen

    2. Teil: Häufig verwendete Folien zum Drucken und Kaschieren
    Eigenschaften und Einsatzgebiete verschiedener Folientypen
    von Karsten Schröder, Ansgar Wessendorf

    Im zweiten Teil dieser Artikelserie über die marktüblichen Arten und Typen synthetischer Folien zur Herstellung von Lebensmittelverpackungen stehen die Eigenschaften und Einsatzgebiete verschiedener Folientypen im Zentrum der Berichterstattung.

    Polyvinylchlorid (PVC)
    PVC ist bei Werkstoffexperten sehr beliebt, das es nicht nur in den Ausführungen Hart-PVC (PVC-U) und Weich-PVC PVC-P verfügbar ist, sondern auch nicht so eng an den Rohölpreis gekoppelt ist, wie die meisten anderen Kunststoffe. Dies hat seinen Grund darin, daß Ethylenchlorid, der zweite Basisgrundstoff von PVC, ein Reaktionsprodukt von Ethylen mit Kochsalz (NaCl) ist. Dies ist daher in ausreichendem Maß vorhanden und im Vergleich zum Öl unterliegt es nur geringen Preisschwankungen (Abbildung 1).

    Abbildung 1: Vinylchlorid reagiert zu Polyvinylchlorid

    Im Bereich der Verpackungsfolien ist PVC in einigen europäischen Ländern wie Deutschland oder der Schweiz umstritten. Hauptursache dafür ist die Diskussion um Weichmacher, auf die hier allerdings nur kurz eingegangen werden kann. Weichmacher halten Kunststoffprodukte geschmeidig. Sie werden daher in vielen Bereichen des täglichen Lebens verwendet und entsprechend häufig kommen die Verbraucher mit diesen Substanzen in Kontakt. Zu den am häufigsten verwendeten Weichmachern gehört die zur Gruppe der Phthalate gehörende Substanz Diethylhexylphthalat (DEHP). Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften kann sich DEHP beim Kontakt mit Flüssigkeiten oder Fetten aus Kunststoffen lösen bzw. ausgasen und damit direkt an den Verbraucher gelangen oder in die Innenraumluft übergehen. Es muß in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen werden, daß diese Substanz hinsichtlich ihrer Gesundheitsgefährlichkeit als »gut untersucht« gilt. Danach ist die akute Giftigkeit von DEHP gering und die Substanz ist als nicht erbgutschädigend eingestuft.

    Weltweit steigen die Produktionsmengen von PVC, wobei für den Bereich der Lebensmittelverpackungen vor allem das Hart-PVC interessant ist. Ein Grund dafür ist der Boom der sogenannten Tiefzieh- oder Thermoformverpackungen, wie sie für Modified Atmosphere Packaging (MAP) frischer Produkte wie Wurst und Käse im großen Stil zum Einsatz kommen.

    Aufgrund der oben angedeuteten Diskussion um die Weichmacher ist der Einsatz von Weich-PVC (PVC-P) in Zentraleuropa rückläufig. Im Pharmasegment gibt es noch einige Bereiche, in denen Weich-PVC nach wie vor eingesetzt wird (z.B. Beutel für Blutkonserven). Doch auch hier wird verstärkt nach Alternativen gesucht.

    Das hochtransparente, steife/spröde Hart-PVC (PVC-U) eignet sich besonders für die bereits erwähnten Thermoformanwendungen. Gute Verformbarkeit bei hoher Steifigkeit und guter Transparenz sowie Siegel-/Kaschierfähigkeit sind Materialeigenschaften die dafür sorgen, daß PVC noch lange für derartige Anwendungen eingesetzt wird.

    Polystyrol (PS)
    Hinsichtlich seiner Bedeutung für Lebensmittel-Primärverpackung scheint das Polystyrol etwas an Boden zu verlieren. Dies hat damit zu tun, daß es zum einen auch die Verträglichkeit von Styrol nicht unangefochten ist und zum anderen damit, daß die Eigenschaftsprofile alternativer Werkstoffe wie PVC, PET und PP im Hinblick auf Lebensmittelverpackungen überlegen sind. Darüber hinaus spielen Preis und Verarbeitbarkeit ebenso eine Rolle wie Barriereeigenschaften, die bei Polystyrol nicht überragend sind.

    Das Material wird durch Polymerisation des monomeren Styrols gewonnen, wovon später im Lebensmittel möglichst nichts mehr zu finden sein soll (Abbildung 2).

    Abbildung 2: Strukturformel des (Poly)Styrol

    Zu den bekanntesten Anwendungen von Polystyrol im Lebensmittelbereich zählen der Joghurtbecher sowie thermogeformte Verpackungen für Frischprodukte (Abbildung 3 und 4).

    Abbildung 3: Joghurtbecher ohne Deckel

    Abbildung 4: Produktbeispiele für thermogeformte PS-Verpackungen

    Polystyrol wird häufig kaschiert und/oder bedruckt. In diesem Zusammenhang ist die Eigenschaft des Materials, Lösemittel aus der Druckfarbe oder dem Klebstoff aufzunehmen, ein weiterer negativer Aspekt hinsichtlich seiner Eignung für Lebensmittelverpackungen, da bei unsachgemäßer Verarbeitung hohe Restlösemittelgehalte zurück bleiben können. Grundsätzlich ist das Material aber für Verpackungsanwendungen zugelassen und findet auch seit vielen Jahren erfolgreich Verwendung.

    Einen Boom erfährt es im Bereich der s.g. Sleeve-Etiketten – dazu in folgenden Artikeln mehr.

    Polyethylenterephthalat (PET)
    PET ist ein harter Werkstoff, der im Lebensmittelbereich vor allen für Thermoformanwendungen eingesetzt wird (Abbildung 5).

    Abbildung 5: Struktur des Polyethylenterephthalat

    Dabei handelt es sich um einen durch Polykondensation hergestellten thermoplastischen Kunststoff aus der Familie der Polyester. PET hat vielfältige Einsatzbereiche und wird unter anderem zur Herstellung von Kunststofflaschen und Folien verwendet.

    Abhängig vom Grad der Kristallinität, d.h. der regelmäßigen Anordnung seiner Polymerketten, bietet PET vielfältigste Eigenschaften:

    • PET-C: kristalline PET
    • PET-A: amorphes PET mit nichtstrukturierter Anordnung der Polymerketten
    • PET-G: mit Glykol modifiziertes PET, dessen Kristallisation verhindert wurde

    Alle drei Varianten kommen entweder einzeln, in Mischungen oder in co-extrudierten Schichten zum Einsatz.

    PET-A ist glasklar, thermisch formbar und bedingt siegelfähig. Je mehr es kristallisiert, desto trüber aber auch thermisch stabiler wird es. Somit ist das kristalline PET-C das derzeit einzige Kunststoffmaterial, das für Anwendung zum Aufbacken von Fertigmenüs zum Einsatz kommt. Oft werden dafür coesxtrudierte Materialien aus PET-C mit dünnen PET-A Schichten verwendet, um die Versiegelung einer solchen Menüschale zu ermöglichen.

    Polyethylenterephthalat wird im Gegensatz zu den beiden anderen Hartfolien auch als Dünnfolie (bis zu 8 µm; Standarddicke: 12 µm) produziert. Um konstante Außenschichten zu erhalten und dennoch zurückgewonnene Produktionsreste in der Mittelschicht verwenden zu können, sind diese Folien zumeist dreischichtig ausgeführt. Sie lassen sich sehr gut bedrucken und kaschieren und das nachgeschaltete Reckverfahren nach der Gießfolienherstellung führt zu extrem geringen Dickentoleranzen. Diese Folien haben in der Regel Schmelzpunkte von über 250°C, so daß sie auch als Oberfolie in Verbundmaterialien geeignet sind, um damit den Einsatz auch sehr heißer Siegelwerkzeuge zu ermöglichen. Beispiele hierfür sind Deckelfolien für MAP-Thermoformverpackungen.

    [wird fortgesetzt]

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  • “Drucken und Kaschieren” (Teil 1 von 8): Ein Überblick über häufig verwendete Synthetikfolien zum Drucken und Kaschieren

    1. Teil: ORDNUNG IM BEZEICHNUNGSDURCHEINANDER von KARSTEN SCHRÖDER

    Im vorliegenden, mehrteilig ausgelegten Beitrag wird ein Überblick über die marktüblichen Arten und Typen synthetischer Folien gegeben, die für die Kaschierung und das Drucken verwendet werden. Um den Rahmen der Darstellung nicht zu groß und damit unübersichtlich werden zu lassen, beschränkt sich die Betrachtung dieser Artikelserie auf Folien zur Herstellung von Lebensmittelverpackungen.

    Der Markt für Verbundfolien in Deutschland
    Viele verlässliche Indikatoren deuten darauf hin, daß der Markt für Verpackungsfolien auch in den kommenden Jahren weiter wachsen wird. Insbesondere Verbundfolien mit und ohne Barrierefunktion erfreuten sich bereits in den Jahren 2001-2004 eines besonderen Wachstums. Den größten Anteil daran hatten Verbundfolien, die als Thermoformfolien (= Tiefziehfolien) zum Einsatz kommen. Eine weitere starke Gruppe bilden die Barrierefolien, die sowohl mit als auch ohne Aluminiumschicht zur Verfügung stehen. Diese verschiedenen Verbundfolien können mit unterschiedlichen Arten und Typen von Folien verschiedenster Hersteller kaschiert und bedruckt werden (Tabelle 1).

    Tabelle 1: Entwicklung des Verbrauchs flexibler Kunststoff-Verbundgruppen in Deutschland für die Jahre 2004/2004 (in to).(Quelle: Innoform; GVM Gesellschaft für Verpackungsmarktforschung)


    Folienarten und Wachstumspotentiale
    Folienarten bezeichnen im Kontext der Kaschierfolien die Klasse der für ihre Herstellung eingesetzten Rohstoffe. Dabei wird beispielsweise zwischen PET (Polyethylenterephtalat), PP (Polypropylen) oder PE (Polyethylen) unterschieden. Kaschierfolien sind Materialien, die im weiteren Verlauf ihrer Verarbeitung mit anderen Folien kaschiert werden sollen und sowohl bedruckt wie auch unbedruckt erhältlich sind und in verschiedenen Typen und Mischungen hergestellt werden. Angesichts der vielen, am Markt verfügbaren Produktvarianten wie auch der Forderung nach stabiler Verarbeitung in den verschiedensten Kaschier- und Druckprozessen müssen diese Folienmaterialien extrem robust sein.
    Wie wird sich der Kunststoffverbrauch zur Herstellung von Kaschier- bzw. Druckträgerfolien für flexible Verpackungen in den kommenden Jahren entwickeln? Das Britische Marktforschungsunternehmen PCI Films Consulting führte eine diesbezügliche Studie für den Zeitraum 2006-2010 durch, deren Ergebnisse in Tabelle 2 aufgeführt sind.

    Tabelle 2: Geschätzter Kunststoffverbrauch für flexible Verpackungen in Europa (2006-2011) (Quelle: PCI Films Consulting)


    Auf der Grundlage dieser Werte ist klar erkennbar, daß Polyolef ine (PE und PP) einen besonders hohen Anteil einnehmen. Unterschieden wird hier zudem zwischen PP-C (= PP cast film = Gießfolie unverstreckt) und PP-BO (= PP biaxial orientiert). Bezüglich des Mengenwachtums sind insbesondere die PP-BO-Folien von besonderem Interesse.
    Von entscheidender Bedeutung für die künftige Produktentwicklung sind jedoch zweifellos die Zuwachsraten der jeweiligen Materialien zur Herstellung flexibler Verpackungen (Tabelle 3).

    Tabelle 3: Geschätzter Zuwac hs des Kunststoffverbrauchs für flexible Verpackungen in Europa (2006 b is 2011). (Quelle: PCI Films Consulting)

    Die stärksten Zuwächse liegen im Bereich »other f ilms«. Dabei handelt es sich um Folienverbunde aus verschiedenen Werkstoffen oder nicht eigens genannte Folientypen. Speziell dieser nicht näher spezifizierten Produktgruppe wird der größte Zuwachs vorhergesagt, während die Gruppe der PET-BO-Materialienebenfalls stark wachsen wird. Diese Zuwächse gehören mit zu den Gründen, warum immer mehr Unternehmen die Herausforderung der Folienkaschierung annehmen möchten.

    Die Nomen klatur von Folien
    Bei der Erstellung der weltweit gültigen Norm DIN EN ISO 1043-1 wurde auch das Ziel verfolgt, Benennungsregeln aus anderen Kunststoff- und Chemiefachgebieten auf die Folienindustrie zu übertragen. Diese schon 2001 erschienene Norm ist jedoch noch weitgehend unbekannt und wird daher kaum angewandt, obwohl sie über das unbestreitbare Potential verfügt, Ordnung ins Bezeichnungsdurcheinander zu bringen.

    Auf der Grundlage dieser Norm wird wieder auf die traditionelle Vorgehensweise zurückgegriffen, materialspezifischen Buchstaben groß zu schreiben. Beispiele hierfür sind:

    • PVC = Polyvinylchlorid

    • PE = Polyethylen

    • PP = Polypropylen

    • PS = Polystyrol

    • PLA = Polymilchsäure

    Sind die Eigenschaften von Werkstoffe auf bestimmte Verarbeitungsschritte zurückzuführen, so werden diese in Großbuchstaben mit Bindestrich getrennt, der Werkstoffbezeichnung nachgestellt. Als Beispiel sei hier die biaxiale Orientierung genannt, ein aufwendiger Prozeß, der die Eigenschaften des jeweiligen Materials spürbar verändert:

    • PP-BO = biaxial orientiertes Polypropylen

    • PET-BO = biaxial orientiertes Polyethylenterephtalat

    • PP-BO = biaxial orientiertes Polypropylen

    • PA-BO = biaxial orientiertes Polyamid

    Gäbe es eine monoaxial verstreckte Folie aus Polyethylenterephtalat, so müßte diese entsprechend als PET-MO bezeichnet werden.

    Weitere werkstoffliche Eigenschaften, die im Materialnamen genannt werden, sind beispielsweise PE-LLD (= Polyethylen linear low density/linear niedrigdichtes Polyethylen). Würde eine solche Folie biaxial verstreckt, so müßte sie entsprechend der oben genannten Norm PE-LLD-BO genannt werden.

    Für die nachfolgend genannten Folientypen hat sich allerdings noch keine einheitliche Sprach- und Schreibweise durchgesetzt:

    • PET-BO met. = biaxial orientiertes und metallisiertes Polyethylenterephtalat

    • PET-BO AlOx= biaxial orientiertes, mit transparentem Aluminiumoxid beschichtetes Polyethylenterephtalat

    • PET-BO SiOx= biaxial orientiertes, mit transparentem Siliziumoxid beschichtetes Polyethylenterephtalat

    • PET-BO x oder x PET-BO = biaxial orientiertes, mit PVDC beschichtetes Polyethylenterephtalat

    Entsprechendes gilt für andere Substrate/Polymere wie beispielsweise:

    • PP-BO geschäumt (expandiert)

    • PP-BO Acryl-lackiert

    • PP-BO PVOH-lackiert

    Angefügte Zahlen benennen die Anzahl der Kohlenstoffatome in einer Monomereinheit eines jeden Monomers bzw. Co-Monomers. Vor diesem Hintergrund bezeichnet beispielsweise PA 6 eine Monomereinheit mit sechs Kohlenstoffatomen (NH-(CH2)5-CO), während PA 66 zwei Monomereinheiten mit unterschiedlicher Struktur aber beide mit sechs C-Atomen bezeichnet (NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO). Das letztere Material wird aus HMD (Hexamethylendiamin) und Adipinsäure hergestellt und entsteht durch eine Polykondensation unter Wasserabspaltung.

    Verschiedene Folienklassen

    • Monofolien

    Aus einer Materialschicht hergestellte Folien werden üblicherweise als Monofolien bezeichnet. Dieser Begriff hat sich mittlerweile gegen die gelegentlich ebenfalls verwendete Bezeichnung Solofolie allgemein durchgesetzt.

    • Verbundfolien

    – Coextrudierte Verbundfolien

    Dabei handelt es sich um Folientypen, die in einem Verfahrensschritt durch die sinnvolle Kombination verschiedener Materialschichten hergestellt werden und über, durch die jeweiligen Materialarten vorbestimmte Eigenschaften verfügen.  Als Klassiker in diesem Bereich gilt die Coex-Verbundfolie aus weiß und schwarz eingefärbten PE-LD und PE-LLD für die Herstellung von Produkten wie beispielsweise Torfverpackungen.

    – Kaschierte Verbundfolien

    Dabei handelt es sich um Folientypen, die entweder inline oder durch einen separaten Arbeitsschritt durch Klebstoffauftrag miteinander verbunden werden. Derart hergestellte Folienverbunde oder Verbundfolien haben deutlich andere Eigenschaften als Coex-Folien. Deshalb schlägt der Autor eine entsprechende sprachliche Unterscheidung vor: kaschierte Verbundfolien oder LF (=lösemittelfrei) kaschierte oder extrusionskaschierte Verbundfolien. Nicht verwendet werden sollte der Ausdruck »Folienverbünde«, da es sich in diesem Zusammenhang nicht um »Verbündete« sondern um miteinander verbundene Materialien handelt.(wird fortgesetzt)

    Dienstleistungen rundum die Folie
    Innnoform besteht aus den Schwesterunternehmen Innoform GmbH (Testservice und Consulting) in Oldenburg/D und Innoform Coaching GbR in Hasbergen bei Osnabrück/D.
    Die Innoform Consulting beschäftigt sich mit Fragen der Folientechnologie mit Schwerpunkt Lebensmittelverpackungen. Dabei wird versucht dem Kunden fundierte Antworten im Hinblick auf lebensmittelrechtliche Belange, technologische Produktionsprobleme oder Folienentwicklungen zu geben. In diesem Zusammenhang ist das Erstellen von Gutachten und lebensmittelrechtlichen Konformitätserklärungen gepaart mit Spezifikationen ein wesentliches Instrument.

    Das Leistungsspektrum von Innoform Testservice umfaßt das Aufzeigen von Verpackungslösungen, Folienanalytik, Schadensanalyse sowie qualitätssichernde Maßnahmen (z. B. überprüfung). Seit Mai 2007 ist der Testservice nach DIN EN ISO/ IEC 17025 akkreditiert.
    Innoform Coaching organisiert öffentliche Workshops, Tagungen und das jährliche Inno-Meeting.

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