Schwergewicht für Nachhaltigkeit

Die Verpackungsindustrie steht vor der enormen Herausforderung, ihre Verpackungslösungen für eine Kreislaufwirtschaft umzugestalten. Eine im April 2022 veröffentliche Bestandsaufnahme von Systemiq zeigt, dass 2020 nur circa 19 % der Verpackungsmenge in Europa einer stofflichen Verwertung zugeführt wurde. Einer der Gründe für diese niedrige Recyclingquote liegt auch in der Vielzahl an Verbundmaterialien, bestehend aus Aluminium- und Kunststoff-Mehrschichtlaminaten. Diese Verbundfolien lassen sich nur sehr aufwendig in verwertbare Fraktionen trennen und werden deswegen in der Regel thermisch recycelt.

Das ist mit ein Grund, warum die in Europa am häufigsten genutzte Methode zur Entsorgung von Kunststoff-Verpackungsmaterialien die Energierückgewinnung (Verbrennung) ist. An zweiter Stelle steht die Entsorgung auf Deponien und erst an dritter Stelle das stoffliche Recycling. Letzteres wird zweifellos von allen Beteiligten als die sinnvollste Lösung propagiert, bei der der Kohlenstoffkreislauf in Gang gehalten und der derzeit verfügbare Kohlenstoff weiter genutzt wird, ohne neuen fossilen Kohlenstoff hinzuzufügen oder ihn in CO₂ umzuwandeln.

Um diese Situation zu ändern und das Recycling zu vereinfachen, ist ein Umdenken in der Verpackungsentwicklung erforderlich. Ein Lösungsansatz für eine kreislauffähige Lösung ist der Einsatz von Monofilm-Laminaten oder Monofolien aus orientiertem Polyethylen (MDOPE), bei denen je nach Ausführung im Konter- oder Frontaldruck ein Barriereweiß sowie ein Sauerstoff-Barrierelack aufgetragen wird. In diesem Aufbau lassen sich gute Sauerstofftransmissionsraten (OTR) für die Sauerstoffundurchlässigkeit erzielen, die bereits ein breites Anforderungsspektrum für verschiedene fetthaltige Lebensmittel abdecken.

Aber auch bei den flexiblen Verpackungen sind Verpackungslösungen aus faserbasierten Materialien im Kommen und erhalten neue Aufgaben. Und dies nicht nur wegen ihrer hohen Recyclingquote oder weil sie aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt werden. Das derzeitige Portfolio an heißsiegelfähigen Barrierepapieren wird von den renommierten Spezialpapier-Herstellern stetig ausgebaut, sowohl für Food- als auch Non-Food-Anwendungen. Es deckt inzwischen zahlreiche Anforderungen im Produktschutz ab, was Wasserdampf-, Sauerstoff- und Fettbarriere sowie die Durchstoßfestigkeit angeht. In Kombination mit solchen Barrierepapieren gewinnt der Digitaldruck auf Trockentoner-Basis an Bedeutung.

Dass Digitaldruck mit Trockentoner-Maschinen für flexible Verpackungen zum Einsatz kommen kann, liegt in der Weiterentwicklung der Technologie. Xeikon brachte sie unter dem Namen „Titon“ auf den Markt. Barrierepapiere, die damit bedruckt werden, besitzen gegenüber herkömmlichen Trockentoner-Typen die notwendige Siegelbeständigkeit beim Verschließen der bedruckten Verpackungen in den Abfüllautomaten.

Die damit erreichte Siegelbeständigkeit ermöglicht den Einsatz von Trockentoner im Bereich der flexiblen Verpackungen. Und hier kann das Tonerverfahren seine Stärken ausspielen, das es gegenüber anderen digitalen Farbsystemen besitzt: Seine Lebensmittelsicherheit sowie seine Schmelzfestigkeit als auch seine Bildqualität auf Papier.

Während Flüssigtoner, wasserbasierter Inkjet oder UV-Inkjet erhebliche Einschränkungen in ihrer Kompatibilität bei dieser Art von Anwendungen aufweisen, ist das Risiko der Lebensmittelmigration aufgrund der spezifischen Zusammensetzung von Titon-Tonern, die auf den hohen Molekulargewichten der verwendeten Inhaltsstoffe beruhen, gering.

Der Xeikon Titon-Toner besteht aus vernetzbaren Polymeren, Pigmenten, Ladungskontrollmitteln und anderen Additiven. Im Gegensatz zu herkömmlichen Trockentonern können die Titon-Tonermoleküle durch einen zusätzlichen LED-Härtungsschritt vernetzt werden, was zu hohen Molekulargewichten führt. Durch den Aushärtungsschritt wird der Toner widerstandsfähig gegen mechanische und thermische Beanspruchung und erhält so die notwendigen Eigenschaften für die Verwendung in der flexiblen Verpackung.

Nach dem Bebilderungsprozess in der Druckmaschine wird das Pulverbild auf das Substrat übertragen und danach die Partikel bei einer Temperatur von circa 110 ° C auf dem Substrat fixiert. Die Tonerpartikel schmelzen und koagulieren zu einem homogenen Film mit einer Dicke bis 4 µm pro Tonerschicht. Darüber hinaus ist die Xeikon CX500T Digitaldruckmaschine mit einer LED-Härtungseinheit ausgestattet. Durch die LED-Strahlung wird der Vernetzungsprozess der Tonerpolymere eingeleitet, in dem alle Titon-Tonerpolymere vernetzt werden und eine Matrix mit besonderen Eigenschaften bilden. Da das Molekulargewicht der Tonerschicht sowie die Matrixstruktur, in die die Komponenten eingebettet sind, die entscheidenden Faktoren für das Migrationsverhalten sind, sind die Komponenten in der Polyesterschicht praktisch unbeweglich. Aus diesem Grund ist das Migrationsrisiko des Trockentoners äußerst gering. Dies ist einzigartig im digitalen Verpackungsdruck, zumal die ausgehärtete Schicht völlig geruchlos und die Bestandteile auch vor dem Druck völlig fest und sicher in der Handhabung sind.

Die ausgehärteten, vernetzten Polymere in der Tonerschicht machen sie nicht nur hitzebeständig beim Versiegeln einer Verpackung. Sie verleihen ihr auch die mechanische Beständigkeit in Bezug auf Kratz- und Abriebfestigkeit sowie ihre Chemikalienbeständigkeit. Darüber hinaus hat dieser Trockentoner aufgrund der Auswahl der Pigmente eine hohe Lichtechtheit. Beim Betrachten der bedruckten Verpackungen fällt der samtige Glanz der Volltonflächen auf, der durch die geschlossene Toneroberfläche entsteht, sodass eine Überlackierung aus dekorativen Gründen nicht mehr erforderlich ist.

Mit dem steigenden Einsatz von Barrierepapieren bei flexiblen Verpackungen wachsen auch die Anwendungsmöglichkeiten digital gedruckter Verpackungen mit Trockentoner. Der Nudelhersteller Bschüssig in Frauenfeld hat als erster Hersteller in der Schweiz seine insgesamt 33 verschiedenen Nudel-Verpackungen auf Barrierepapiere umgestellt. Für die kürzlich dazugekommene grüne Verpackungslinie präferierte er den Digitaldruck, da dies für die Erstproduktionen zur Markteinführung gut geeignet war. Bedruckt wurden die Verpackungen mit Titon-Toner auf Kraftpapier, ohne Überdrucklack. Dass die Verpackungen in dieser Ausführung nicht in feuchter Umgebung gelagert werden können, ist für die Kunden von Bschüssig kein Hindernis. Dafür können sie die Verpackungen nach dem Gebrauch über den normalen Altpapierstrom entsorgen.

Für den Verpackungsdrucker ACM in Cremosano, Italien, liegt der Grund, Verpackungen im Digitaldruck zu drucken, in ihrer Auflagenhöhe. Das Unternehmen ist auf die Herstellung von Beuteln in Kleinauflagen eingestellt. Als einer der ersten Anwender setzt ACM dafür eine Xeikon CX500T Maschine ein. Wesentliches Verkaufsargument des Unternehmens für die mit Trockentoner bedruckten Papierbeutel ist, dass sie lebensmittelsicher und nachhaltig sind.

Beides sind Kriterien, die in der flexiblen Verpackung mehr denn je gefordert sind. Verpackungslösungen, die diese Kriterien erfüllen, decken die heutigen Anforderungen ab. Beim Digitaldruck mit Titon-Toner handelt es sich um eine lebensmittelsichere Technologie, da keine flüssigen, niedermolekularen (mobilen) Substanzen enthalten sind. Und die aus erneuerbaren Ressourcen hergestellten Barrierepapiere stehen für die Nachhaltigkeit der Verpackungslösung. In dieser Kombination besitzen sie im Bereich der flexiblen Verpackungen ein breites Entwicklungspotenzial.