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Plasma verbessert Barriere von PET-Flaschen

  • Technik

Das IKV arbeitet an einer Plasmabeschichtung von PET-Mehrwegflaschen, die auch die Reinigung mit Natronlauge übersteht.

Trotz besserer Ökobilanz als Glasflaschen beträgt der Anteil von PET-Mehrwegflaschen beispielsweise bei Säften in Deutschland noch weniger als 1 %. Einer der Gründe: die üblicherweise zum Waschen eingesetzte Natronlauge führt zu einer Schädigung sowohl der PET-Oberfläche selbst als auch einer zusätzlich aufgetragenen plasmapolymeren Schicht. Mit der Entwicklung einer speziellen Top-Coat-Schicht ist es dem Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen jetzt aber gelungen, die Barriereausrüstung von Mehrwegflaschen mittels plasmapolymerer Sperrschichten zu verbessern und die Umlaufzahl deutlich zu steigern.

Plasmabeschichtungen schützen Getränke in PET-Flaschen vor Sauerstoff

Plasmainnenbeschichtung einer PET-Flasche zum Auftragen einer Barriereschicht. Foto: IKV

Plasmabeschichtungen, die wahlweise innen oder außen auf dem Flaschenkörper liegen, sind heute weit verbreitet. Immer dann, wenn sauerstoffempfindliche Getränke, wie Fruchtsäfte oder karbonisierte Getränke, wie Softdrinks oder Bier in PET-Flaschen abgefüllt werden sollen, ist eine Barriere gegen den Eintritt von O2 beziehungsweise den Austritt von CO2 erforderlich.

Plasmabeschichtungen sind nicht nur günstig und transparent, sondern vor allem auch umweltfreundlich, da sie aufgrund ihrer nanoskaligen Schichtdicke unter anderem die Rezyklierbarkeit des Produkts nicht einschränken. Zudem ist zu ihrer Herstellung nur ein geringer Energie- und Materialeinsatz notwendig und der Einsatz von Lösemitteln oder anderer bedenklicher Chemikalien ist nicht nötig. Heutzutage lassen sich die sogenannten SiOx -Schichten qualitativ hochwertig innerhalb weniger Sekunden und typischerweise mit Geschwindigkeiten von mehr als 46.000 PET-Flaschen pro Stunde aufbringen.

Heute übliche Barriereschichten halten Natronlauge nicht stand

Allerdings können die für PET-Einwegflaschen längst gebräuchlichen SiOx-Schichten dem Reinigungsvorgang von PET-Mehrwegflaschen mit Natronlauge (NaOH) nicht standhalten, so dass diese ganz oder teilweise abgetragen werden. Auch dem PET selbst setzt die aggressive Waschlauge zu, so dass sowohl die Anzahl der Nutzungszyklen als auch die Wiederbeschichtbarkeit begrenzt sind. Glas-Mehrwegflaschen können bis zu 50-mal, PET-Mehrwegflaschen aktuell nur bis zu 20-mal wiederbefüllt werden.

Plasmaaußenbeschichtung einer PET-Mehrwegflasche. Foto: IKV

Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das IKV in einem Transferprojekt aus dem Sonderforschungsbereich SFB-TR 87 in Kooperation mit der Ruhr-Universität Bochum und der KHS Corpoplast GmbH aus Hamburg ein Schichtsystem, das den Waschvorgang mit Natronlauge übersteht. Diese Top-Coat-Schicht ist thermisch und chemisch stabil sowie dicht und muss defektfrei sowie möglichst homogen auf der gesamten Fläche aufgebracht sein.

Neue Beschichtung widerstandsfähig gegenüber Natronlauge

Unter Berücksichtigung der korrekt eingestellten Parameter, wie Wahl der Prozessgase, Prozessdruck oder eingebrachter Energie ist es gelungen, eine Schicht zu generieren, die widerstandsfähig gegenüber Natronlauge ist. Diese Schichten, appliziert in PET-Mehrwegflaschen, haben nicht nur das Potential, die Vorteile der PET-Mehrwegflaschen auch sensiblen Füllgütern zugänglich zu machen, sondern auch die Anzahl möglicher Wiederbeschichtungen der Flaschen zu erhöhen. So werden Kreisläufe geschlossen und die Kreislaufwirtschaft in Deutschland weiter gestärkt.

Die neuesten Erkenntnisse zur Plasmabeschichtung von PET-Flaschen werden auch im Rahmen des 30. IKV-Kolloquiums vorgestellt, das am 11. und 12. März 2020 in Aachen stattfinden wird.

gk

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