Ein Plus an Flexibilität mit dem neuen 11-Schicht

PRESSE-INFORMATION
Datum: 12. Januar 2015
Ein Plus an Flexibilität mit dem neuen 11-Schicht-Konzept
Von Dr. Holger Niemeier, Vorstand und Technischer Leiter und
Dipl.-Ing. (FH) Michael Heinecker, Leiter Forschung und Entwicklung
Hosokawa Alpine AG, Film Extrusion Division, Augsburg
Hochbarrierefolien mit elf statt mit neun Schichten herstellen? Das bedeutet nicht nur eine
Investition in modernes, komplexes Equipment, sondern auch ein Mehr an Flexibilität.
Dennoch stellt sich die Frage: Lohnt sich das? Die Antwort lautet: Auf jeden Fall! In
weniger als einem Jahr kann sich die Investition in eine 11-Schicht-Blasfolienanlage bei
Ausschöpfung aller Möglichkeiten allein durch die gewonnene Flexibilität, die möglichen
Rohstoffeinsparungen und Erweiterungen der Produktionskapazitäten amortisieren.
Abb. 1 Alpine 11-Schicht Blasfolien Co-Extrusionsanlage
im Hosokawa Alpine Testlabor in Augsburg
Im Jahr 2014 erreicht der weltweite Verbrauch von Hochbarrierefolien ein Marktvolumen
von 1,76 Mio. Tonnen und einen Marktwert von 15,9 Mrd. USD, so meldet es die britische
Smithers Pira aus Leatherhead in ihrer Studie „The Future of High Barrier Packaging
Films to 2019“. Bis 2019 soll der Bedarf jährlich um weitere 5 Prozent steigen. Als
Hochbarrierefolien werden hier solche definiert, die flexibel sind, eine Stärke von unter
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Peter-Dörfler-Str. 13 - 25
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250 µm aufweisen und bei einer Dicke von 25 µm eine Sauerstofftransmissionsrate von
unter 5 cm3/qm/Tag haben. Grund für den steigenden Verbrauch von Hochbarrierefolien
sei die verstärkte Nachfrage nach Verpackungsmaterialien mit einem besseren
Produktschutz. Dies gelte insbesondere für Lebensmittel und Getränke, aber auch für
pharmazeutische Produkte.
Spezielle Verpackungslösungen stärker gefragt
Hochbarrierefolien bieten einen ausgezeichneten Schutz gegen Sauerstoff, Stickstoff und
Kohlendioxid und sorgen somit nicht nur dafür, dass empfindliche Lebensmittel, wie
Frischfleisch überhaupt abgepackt angeboten werden können, sondern erhöhen deutlich
deren Haltbarkeit. Gerade in den Industrieländern werden durch sich ändernde
Lebensgewohnheiten, immer mehr Single-Haushalte sowie durch eine immer ältere
Gesellschaft kleinere Verpackungseinheiten und Case-Ready-Verpackungen für
Frischwaren immer wichtiger, die ebenfalls nur mit Hochbarrierefolien zu realisieren sind.
Auch Standbodenbeutel aus Hochbarrierefolie, die aufgrund ihrer Retorten- und
Mikrowelleneignung für den Verbraucher besondere Vorteile bieten, sind immer
verbreiteter und sollen laut Smithers Pira in den nächsten fünf Jahren sogar die größten
Zuwachsraten haben. Aber nicht nur die steigende Nachfrage nach zunehmend
spezialisierten Verpackungslösungen in den Industrieländern, sondern auch der steigende
Einsatz von Verpackungen in den weniger entwickelten Ländern tragen zum
Marktwachstum bei.
Stand der Technik bei Hochbarriere-Blasfolien ist 9-Schicht
Trotzdem handelt es sich bei Hochbarrierefolien im Vergleich zu CommodityVerpackungen um einen vergleichsweise kleinen Markt. Allerdings bietet dieser
Nischenmarkt dem Folienhersteller nicht nur die beschriebene, günstige Zukunfts- und
Wachstumsperspektive sondern auch interessante Margen und ist deshalb für
Neueinsteiger sehr interessant. Schätzungen zufolge werden derzeit allein 20
Neuanlagen für Barriere-Blasfolien jährlich installiert. Für die Herstellung dieser Art von
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Hochbarrierefolien haben sich 7- und 9-Schicht-Anlagen etabliert, wobei sich in der
jüngsten Vergangenheit die 9-Schicht-Produkte als Stand der Technik erweisen.
Typischerweise
werden
für
die
Herstellung
von
Hochbarriere-Blasfolien
für
Lebensmittelanwendungen verschiedenste Polyolefine verwendet, die z.B. mit EVOH-,
oder PA-Schichten über Haftvermittler kombiniert werden, um die gewünschten
Eigenschaftsprofile zu erreichen. Neben der benötigten, aufwändigen Maschinentechnik
stellen insbesondere die Barrierewerkstoffe einen großen Kostenfaktor dar und werden
daher
in
möglichst
dünnen,
anwendungsoptimierten
Schichten
verwendet.
Produktionssicher lässt sich eine minimal dünne Schicht des am häufigsten eingesetzten
Barrierewerkstoffes EVOH von 1 µm realisieren.
Zwei weitere Schichten mehr bringen deutlich mehr Flexibilität
Nicht nur für etablierte Hersteller von Hochbarrierefolien, sondern gerade auch für
Neueinsteiger, die auch für zukünftige Marktveränderungen und -anforderungen bestens
gerüstet sein möchten, bietet sich eine Investition in die neue 11-Schicht-Technologie an.
Sie bringt nicht nur in Bezug auf die 5 bis 11 Schichten von Barrierefolien, sondern auch
hinsichtlich der verwendbaren Rohstoffe ein enormes Maß an Flexibilität. Einen
entscheidenden Beitrag zu dieser hohen Flexibilität leistet der neue 11-Schicht-Blaskopf
der patentierten X-Baureihe von Hosokawa Alpine. Basierend auf der erfolgreichen XSerie, hat das zu den Marktführern im Bereich Folienblasanlagen
gehörende
Unternehmen einen Blaskopf mit nunmehr 11 Wendelverteilern entwickelt. Im Mittelpunkt
der Blaskopfauslegung steht die enorme Vielseitigkeit der Extrusionsanlage welche durch
11 gleichwertige Einzelschichten ermöglicht wird. Da das gesamte Spektrum der
geeigneten Rohstoffe trotz sehr unterschiedlichen Viskositäten in jedem Extruder ohne
Schneckenwechsel und somit in jeder Schicht verarbeitet werden kann, ist eine nie
gekannte
Vielfalt
verschiedener
Schichtaufbauten
möglich.
Symmetrische
Folienstrukturen wie z.B. für Kaschierfolien sind genauso möglich, wie asymmetrische.
Folienstrukturen für Tiefziehanwendungen. Folienstrukturen, in denen die Schichten
gleich dick sind, sind ebenso einfach herzustellen, wie Folienstrukturen mit sehr
unterschiedlichen
Schichtdicken.
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Dickere
Schichten,
beispielsweise
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aus
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kostengünstigeren Rohstoffen, sind dadurch zu erreichen, dass in zwei Extrudern und
damit in zwei Schichten nebeneinander das gleiche Material gefahren wird.
Last but not least bietet die erhöhte Schichtanzahl der 11-Schichtanlage die Möglichkeit,
ganz neue Materialkombinationen zu realisieren, was auch bedeuten kann, dass die
Schichtdicke insgesamt reduziert und damit eine Kostenersparnis erreicht wird, bzw. völlig
neue Produkte entstehen, die z.B. spätere Kaschierschritte unnötig machen.
Amortisation in weniger als einem Jahr
Damit die enorme Flexibilität auch in der Praxis voll ausgenutzt werden kann, wurde bei
der Blaskopf-Konzeption auf kurze Materialwechsel- und kurze Spülzeiten geachtet. So ist
beispielsweise die Umstellung von einer PE-Folie, die selbstverständlich auch mit einer
11-Schicht-Anlage herstellbar ist, auf eine Hochbarrierefolie in einer Zeit von unter einer
Stunde zu verwirklichen. Um dies unter Beweis zu stellen, betreibt die Hosokawa Alpine in
ihrem Technikum eine 11-Schicht-Anlage für Kundenversuche. Hier werden zusammen
mit dem Kunden neue Folienstrukturen realisiert und mit Rohstoffherstellern neue
Rohstoffe
und
Rohstoffkombinationen
entwickelt
und
im
Weiteren
auf
ihre
Verarbeitungseigenschaften hin untersucht.
Dass die mit der 11-Schicht-Anlage gewonnene Flexibilität auch bezahlbar ist, beweist die
folgende Kostenrechnung. Unter der Annahme des gleichen Personalbedarfs und der
gleichen Energiekosten pro verarbeitetem Kilogramm wird die Herstellung einer 2.000 mm
breiten und 40 µm-dicken symmetrischen 9-Schicht-Folie mit einer 11-Schicht-Folie mit
gleichen Dimensionen verglichen. Der Folienaufbau sieht jeweils folgendermaßen aus:
5 % mLLDPE, 33 % LLDPE, 5 % TIE, 5 % PA, 4 % EVOH, 5 % PA, 5 % TIE, 33 %
LLDPE und 5 % mLLDPE. Während die 9-Schicht-Folie mit einer maximalen
Durchsatzleistung von 420 kg/h gefahren werden kann, liegt diese bei der 11-SchichtFolie um rund 30 % höher und erreicht 550 kg/h. Diese erhöhte Leistung lässt sich
dadurch realisieren, dass die beiden LLDPE-Schichten in der 11-Schicht-Linie auf zwei
nebeneinanderliegende Schichten mit jeweils 16,5 % verteilt werden können. Somit sind
deutlich höhere Leistungen realisierbar, da die Durchsatzmenge im Schmelzekanal immer
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der
limitierende Faktor
ist.
Durch die höhere Leistung lässt sich bei einer
Anlagenverfügbarkeit von 87,5 % ein Return on Investment von unter einem Jahr
erreichen. Wollte man eine 9-Schichtanlage mit der gleichen Leistungsfähigkeit auslegen,
so wäre dies nur mit großen Einschränkungen bei der Flexibilität der Einzelschichten
möglich.
Sinnvolle und zukunftsweisende Investition
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die erhöhten Investitionskosten für eine
11-Schicht-Blasfolienanlage, die etwa 10 % bis 15 % über denen einer 9-Schicht-Anlage
liegen, auf jeden Fall auszahlen. Der Verarbeiter gewinnt ein Höchstmaß an Flexibilität,
kann sich mit neuen Materialkombinationen Wettbewerbsvorteile sichern, von einfachen
PE-Folien bis zu 11-Schicht-Hochbarrierefolien unendlich viele verschiedene Produkte auf
einer Anlage fahren und erreicht bei bestimmten Produkten sogar deutlich höhere
Ausstoßleistungen. Mehrschichtverbunde sind häufig auch dadurch wirtschaftlicher, dass
sich bestimmte Funktionsschichten direkt durch Coextrusion auftragen lassen und
nachgeschaltete
Kaschierschritte
entfallen
können.
Werden
besonders
hohe
Anforderungen an das Endprodukt gestellt, kann gerade die Kombination einer 11Schicht-Hochbarrierefolie mit beispielsweise einer Metallisierung die Lösung darstellen.
Die Möglichkeit, eine Inline-Reckeinheit in die Blasfolienlinie zu integrieren, bietet
nochmals eine deutliche Steigerung der Barrierefunktionen und der Foliensteifigkeit.
Gleichzeitig werden durch ein sogenanntes MDO (monoaxiales Reckwerk) Folien mit
einer ausgezeichneten Planlage und besten Dickentoleranzen erzeugt, was sich positiv
auf die Weiterverarbeitungsprozesse wie Bedrucken oder Kaschieren auswirkt.
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