Abschlußbericht - Cleaner Production Germany

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Heinrich Ludwig Verpackungsmittel GmbH
Aktive Verpackung mit antimikrobiellen Eigenschaften
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Freiberger Straße 30
09634 Siebenlehn
Abschlußbericht
Projekt-Nr.:
0330314
Zuwendungsempfänger:
Verbundprojekt:
Aktive Verpackung mit antimikrobiellen
Eigenschaften
Teilthema:
Mehrlagige Verpackungsmittel mit antimikrobieller Ausrüstung
Laufzeit des Vorhabens:
01.08.2002 bis 31.01.2005
Berichtszeitraum:
01.08.2002 bis 31.01.2005
Dresden, Mai 2005
Achim Walcha
Geschäftsführer
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Inhaltsverzeichnis
1.
ZIELSTELLUNG DES PROJEKTES
3
2.
ZIELSETZUNG NACH ARBEITS- UND ZEITPLAN
4
3.
ZUSAMMENFASSUNG DER FORSCHUNGSERGEBNISSE AUS DEN
ARBEITSPAKETEN
4
3.1
Einsatzcharakteristik
4
3.2
Technische Anforderungen und Parameter für das zu entwickelnde Produkt
5
3.3
Verfahrenstechnische Umsetzbarkeit
9
3.4
Prozesstechnische Umsetzung
11
3.5
Erprobungs- und Optimierungsphase
18
4.
SCHLUßFOLGERUNGEN FÜR DIE UMSETZUNGSKONZEPTION
21
5.
ZUSAMMENFASSUNG
24
1.
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Zielstellung des Projektes
Aufgabe dieses Projektes ist es, Verpackungsmittel zu entwickeln, die einen erhöhten
Schutz gegen den Verfall von Produkten aufweisen, der durch Keimbelastungen erfolgt (z. B. durch Schimmel). Insbesondere mehrlagige Verpackungsmittel auf Papierbasis sollen mit antimikrobiellen Stoffen natürlicher Herkunft ausgerüstet werden, die
diesen zusätzliche hygienische Eigenschaften verleihen.
In der Heinrich Ludwig Verpackungsmittel GmbH werden Gebrauchsverpackungen für
viele verschiedene Artikel hergestellt, die für eine derartige Ausstattung in Frage kommen. Dazu zählen vor allem verschiedenartige Beutel für Nährmittel, Bäckereierzeugnisse, Tee´s, Gewürze, Tiernahrungsmittel usw., aber auch für technische Produkte
wie technische Kleinteile, Ersatzteile, Dichtungen, Spiralbohrer, Schreibwaren,
Scherzartikel oder Hygieneartikel u.ä.
Ein beschleunigter Verfall der Produkte durch erhöhte Keimbelastungen und die Gefahren gesundheitlicher Schädigungen des Menschen durch keimhaltige Materialien
sollen dabei unbedingt vermieden werden.
Die zur Papierherstellung eingesetzten Rohstoffe auf größtenteils natürlicher Basis
sind für das Wachstum von Keimen besonders anfällig. Auch die Aufnahme von
Feuchtigkeit dieser porösen Materialien ist besonders hoch. Unter ungünstigen, die
Keimentwicklung fördernden Lagerbedingungen können sich daher auf den Verpackungen sehr schnell Schimmelpilze und Bakterien entwickeln und ausbreiten. Sowohl
die Verpackungen wie auch deren Inhalt können mit gesundheitsschädigenden Keimen befallen können.
Es ist deshalb dringend erforderlich, Materialien für Verpackungen zu entwickeln und
einzusetzen, die den Befall mit pathogen Keimen verhindern und den Verbraucher vor
diesen Gefährdungen schützen können. Die Forderung besteht verstärkt beim Einsatz
unter sehr feuchten Bedingungen oder für Produkte mit hoher Empfindlichkeit. Ein weiteres Erfordernis zur Entwicklung keimhemmender Verpackungen ist rein wirtschaftlicher Natur. Verdorbene Waren müssen entsorgt werden, was mit Verlusten an Waren
und Verpackungsmaterial, Imageschäden und wirtschaftlichen Nachfolgeschäden verbunden ist. Bei erreichbaren längeren Haltbarkeitszeiten könnten die verpackten Produkte kostengünstiger angeboten werden. Die wesentliche Reduzierung der Verluste
könnte den Einsatz von keimhemmenden Substanzen auch in wirtschaftlicher Hinsicht
rechtfertigen.
Das Ziel sollte es daher sein, Wirkstoffe auf natürlicher Basis zu finden, die einen
nachweisbaren Schutz gegen Schimmelpilze und Bakterien bieten und toxikologisch
und ökologisch unbedenklich sind. Die technischen Möglichkeiten zur Ein- bzw. Aufbringung dieser Wirkstoffe in die verschiedenen Verpackungen waren in dem Projekt
zu untersuchen und geeignete Varianten zur Herstellung von Musterserien ein- und
mehrlagiger Beutel zu entwickeln, um die Gebrauchseigenschaften testen zu können
und umsetzungsfähige Lösungen zu erhalten.
2.
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Zielsetzung nach Arbeits- und Zeitplan
Nach dem im Projektantrag festgelegten Arbeits- und Zeitplan waren im Teilprojekt der
Heinrich Ludwig Verpackungsmittel GmbH Aufgaben aus den Arbeitspaketen 2, 4, 7,
10, 12 und 14 zu realisieren. Dabei waren die Untersuchungen vor allem auf die Ausrüstung von mehrlagigen, insbesondere dreilagigen, Verpackungsmitteln aus Papier
ausgerichtet, die im Unternehmen eine vordergründige Rolle spielen. Entsprechend
der vorherrschend genutzten Technologie zur Bedruckung und Lackierung der Beutel
waren dabei vor allem die Möglichkeiten der Einbringung der Wirkstoffe in die ethanolgelösten Farben und Lacke im Flexodruck zu untersuchen. Außerdem sollten mögliche
Anwendungen im Leim bei der Fertigung und beim Verschließen der Beutel geprüft
werden.
In den halbjährlich erstellten Zwischenberichten wurden bereits die durchgeführten
Untersuchungen mit den erzielten Ergebnissen dargelegt. Die zu realisierenden Aufgaben wurden termingemäß entsprechend den Arbeitpaketen bearbeitet. Die Durchführung und Auswertung der Untersuchungen erfolgte in Abstimmung mit den Projektpartnern.
3.
Zusammenfassung der Forschungsergebnisse aus den
Arbeitspaketen
3.1
Einsatzcharakteristik
Die Heinrich Ludwig Verpackungsmittel GmbH stellt vor allem ein- bis mehrlagige Beutel verschiedener Konstruktionsarten, wie Falten-, Blockboden- und Zweinahtflachbeutel, mit oder ohne Druckveredlung, aus verschieden kombinierten Materialien, für sehr
vielfältige Einsatzbereiche her.
Verarbeitet werden verschiedene Papierstärken und –qualitäten, z. B. gestrichene,
glänzende, einseitig glatte und gebleichte Kraftpapiere, die in der Außenlage eingesetzt werden. Die Innenlage mehrlagiger Materialien kann beispielsweise Pergamentersatzpapier, gebleicht und fettdicht, enthalten oder Folien wie Aluminiumfolie, PEFolie o. a.
Ein antimikrobielle Ausrüstung ist vor allem für die Produktbereiche Faltenbeutel,
Blockboden- und Zweinahtflachbeutel vorgesehen, für die folgende Einsatzgebiete und
-schwerpunkte zu nennnen sind:
a) Seitenfaltenbeutel:
kommen hauptsächlich zum Einsatz:
in Bäckereien zum Verpacken von Brot, Backwaren, etc.
in Fleischereien für Wurst und Fleischwaren
im Fast food- Bereich
Tiernahrung
im Handel / zum Verpacken von Textilien, Schreibwaren usw.
b) Blockbodenbeutel in ein- und mehrlagiger Ausführung:
mit dem Hauptverwendungszweck für:
Tee`s
-
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Kaffee
Mehl und andere Nährmittel (Grieß, Graupen, Haferflocken, Reis)
Zucker, Salz
Gewürze
Lebkuchen
Süßwaren
im Fastfood-Bereich (Popcorn, Pommes, Grillhähnchen, Döner)
Ökoprodukte
Tierfutter und Tierbedarf
Versandverpackungen, Apothekerbedarf
Kosmetik- und Hygieneartikel
Baustoffe (Makulatur, Gips)
Saatgut
Bodenproben.
c) Zweinahtflachbeutel:
als Verkaufsverpackung, z.B. für:
Spiralbohrer (ölbeständig)
Tier- und Fischfutter
Scherzartikel
Verpackung für Kleinteile, Ersatzteile, Dichtringe u. ä.
Vergleich der Konkurrenzprodukte, Auswertung von Trendinformationen:
Von zahlreichen anderen Verpackungsmittelherstellern werden ähnliche Verpackungen – in vergleichbarer Vielfalt und Menge - produziert. Es konnten jedoch im Bereich
der Tüten- und Beutelhersteller keine Produkte, die in irgendeiner Weise mit antimikrobiellen Wirkstoffen behandelt waren, gefunden werden.
In unserem Produktbereich gibt es nur Papiersorten, die durch bestimmte Zusätze
nassfest bzw. fettdicht gemacht werden, wie z.B. nassfeste Blumenseide oder scotchbanbehandeltes Pergamentersatzpapier mit einer hohen Fettdichte.
3.2
Technische Anforderungen und Parameter für das zu entwickelnde
Produkt
Kundenanforderungen:
Je nach Einsatzzweck der Verpackung sind die Anforderungen und Erfordernisse der
Kunden sehr verschieden und allgemeingültige Aussagen schwierig zu erhalten.
Die wichtigsten Forderungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Die angestrebte antimikrobielle Ausrüstung der Verpackungen sollte die zu verpackenden Produkte vor allem gegen mögliche angreifende Keime wie Schimmelpilze
und Bakterien zuverlässig schützen. Primär ist dabei zunächst der Schutz von außen,
da die Gefahr des Befalls von Verpackung und verpacktem Produkt vorrangig durch
die Einwirkung von Feuchtigkeit und Nässe von außen besteht. Jedoch ist für einige
Produkte, die eine gewisse Feuchte aufweisen und für die daher die Gefahr des
Schimmelns auch im Inneren der Packung besteht, auch ein Schutz nach innen vorteilhaft.
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Die antimikrobiell ausgerüsteten Verpackungen müssen ökologisch und toxikologisch
unbedenklich sein. Sie sollen sich problemlos entsorgen, recyceln oder kompostieren
lassen und dürfen aufgrund der enthaltenen Wirkstoffe kein Sondermüll werden.
Die Wirkstoffe sollen möglichst geruchsneutral sein. Ein Übergang von Gerüchen auf
das zu verpackende Produkt wird in den meisten Fällen abgelehnt.
Bei bestimmten Verpackungen von z.B. technischen Produkten wie Dichtungsteilen
oder ähnliches, könnte ein angenehmer Duft der Verpackung aber eher positiv zu bewerten sein.
Die verwendeten Materialien, Leime, Farben, Lacke etc. sollen keine chemischen Veränderungen durch die Wirkstoffe erfahren, die sich nachteilig auf die Verarbeitungseigenschaften, die mechanischen und optischen Eigenschaften auswirken könnten.
Viskositätsänderungen bei den Farben und Lacken durch den Wirkstoffzusatz wirken
sich im angewandten Flexodruckverfahren nicht so störend aus wie im Offsetdruck, da
die Farben und Lacke nicht so pastös sind und üblicherweise verdünnt werden. Auch
die Qualitätsanforderungen in der Bedruckung und Lackierung sind nicht ganz so hoch
wie bei den veredelten Feinkartonagen für hochwertige Güter. Daher sind geringfügige
Abweichungen eher tolerierbar. Trotzdem sollten beispielsweise die Farbwiedergabe
und das Druckbild sowie der Glanz und die Festigkeit der Verpackungen nicht beeinträchtigt werden.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt ist auch der Kostenfaktor. Im Bereich der überwiegend
zu niedrigen Preisen gehandelten Papierbeutel für Massenbedarfsartikel und Discountprodukte ist der Kostendruck besonders stark. Der mit einer antimikrobiellen Ausrüstung hervorzuhebende Wettbewerbsvorteil gegenüber herkömmlichen Verpackungen wird von den meisten Kunden nicht genügend beachtet.
Eine Erhöhung des Arbeits- und Kostenaufwandes bei der Herstellung durch zusätzliche Verfahrensschritte und technische Ausrüstungen soll daher vermieden werden.
Eine Erhöhung des Preises der Verpackung kann nur durch einen nachweisbar höheren Schutz, z. B. gegen den Schimmelbefall, und die daraus resultierenden wirtschaftlichen Effekte (Verlängerung der Haltbarkeit; Vermeidung von Waren- und Imageverlusten etc.) begründet und durchgesetzt werden.
Wirkungszeitraum:
Die Angabe eines erforderlichen Wirkungszeitraumes gestaltet sich aufgrund der großen Variabilität der zu verpackenden Güter und der sehr verschiedenen Bedingungen
als schwierig. Zu beachten ist dabei der sehr unterschiedliche Weg vom Hersteller über Zwischenhändler, Abpacker zur Verkaufseinrichtung und zum Kunden mit sehr
verschiedenen Transport- und Lagerbedingungen sowie Verweilzeiten in den verschiedenen Abschnitten. Dabei spielt auch die Schutzfunktion der Um- bzw. Transportverpackungen eine Rolle. Meist werden die im Unternehmen gefertigten Beutel
und Tüten in Faltschachteln aus Wellpappe verpackt und mit Kunststoffklebebändern
staubdicht verschlossen. Nach der Lagerzeit beim Hersteller und Zwischenhändler
erfolgt beim Abfüller die Entnahme und Befüllung der Beutel, die in der Regel anschließend wieder in eine Transportverpackung eingelegt werden, in der sie dann an
den Handel ausgeliefert werden. Sowohl im Handel wie auch beim Endverbraucher
sind die durchschnittlichen Lagerzeiten – in Abhängigkeit vom Produkt und dessen
Verbrauch – sehr verschieden.
Als bestimmenden Faktor sollte man daher vor allem die auf den Verpackungen aufgedruckten Mindesthaltbarkeitszeiten der Produkte heranziehen.
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Schlußfolgernd aus diesen Überlegungen ist festzustellen, daß die eingebrachten
Wirkstoffe im allgemeinen Anwendungsfall möglichst über einen Zeitraum von 3 – 6,
für bestimmte Güter auch bis 12 Monate wirksam sein sollten, wobei für kurzlebige
Güter mit schnellem Verbrauch und kurzer Haltbarkeit auch Zeiten von wenigen Wochen ausreichen können.
Wirkungsspektrum:
Die Wirkung soll sich vor allem gegen den Befall mit Schimmelpilzen und Bakterien
konzentrieren; aber auch Wirkstoffe, die einen Insektenbefall verhindern können, wären vorteilhaft.
Klimatische Beständigkeit:
Die Einzelverpackungen (Beutel) bzw. die komplette Verkaufs-/Transportverpackung
werden sehr unterschiedlichen klimatischen Bedingungen ausgesetzt.
Die verschiedenen Klimabedingungen, insbesondere Winter- und Sommertemperaturen, Tag-/Nachtzyklus, Orts- und Wetterwechsel mit Temperaturstürzen und durch die
verschiedenen Einflüsse bedingte starke Schwankungen in den Luftfeuchtigkeiten
(z.B. Lager- und Transportumschlagprozesse; feuchte oder sehr trockene Lagerbedingungen) mit unterschiedlichen Auswirkungen auf das Wachstum und den Befall mit
Mikroorganismen sind zu beachten. Noch extremer sind die Einflüsse beim Transport
in tropische und subtropische Klimazonen oder Gebiete mit stark wechselnden und
schwer definierbaren Bedingungen.
Chemisch-biologische Beständigkeit und einzuhaltende rechtliche Bestimmungen:
Die Verpackungen müssen auch beim Einsatz pflanzlicher Wirkstoffe nach deren Verweildauer biologisch abbaubar und unbedenklich kompostierbar sein, damit die Papierverpackung weiterhin ein ökologisch vorteilhaftes Produkt bleibt.
Bei der Verarbeitung und Anwendung der Wirkstoffe müssen die Arbeitsschutzbedingungen, z.B. ggf. zu beachtende MAK-Werte, mögliche allergische Reaktionen und
Sensibilisierungen der Mitarbeiter sowie Forderungen des Brand- und Explosionsschutzes eingehalten werden.
Eine das Allgemeinbefinden beeinträchtigende Geruchsbelästigung bei der Verarbeitung soll weitestgehend verhindert oder so gering wie möglich gehalten werden.
Die Migration von Wirkstoffen bzw. ihren flüchtigen Komponenten in die verpackten
Produkte soll ebenfalls vermieden werden.
Produktions- und Prozessabhängige Forderungen:
Der Wirkstoff muß Inline bei der Herstellung der Verpackung auf- oder eingebracht
werden können.
Geruchsbelästigende Ausdünstungen sollen vermieden werden.
Die Wirkstoffe, vor allem der ölhaltigen Komponente, dürfen die Klebeleistung der eingesetzten Leime nicht oder nur in engen Grenzen herabsetzen. Die Festigkeit der geklebten Verschlüsse und Nähte sollte nicht vermindert werden.
Bei Einbringung des Wirkstoffes in die Flexofarben und Verdünnungsmittel dürfen keine Veränderungen auftreten. Zu prüfen sind hierbei:
- das Auftreten von Farbtonveränderungen
- evtl. Auswirkungen auf die Haftfähigkeit der Farben auf verschiedenen Druckträgern (glänzende Papiere, rauhe Papiere , Folien usw.)
Trockenzeiten von Druckfarbe und Lack und Abbindezeiten des Leimes sollten sich
nicht wesentlich verlängern.
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Konstruktive Anforderungen:
Die Wirkstoffe sollen möglichst ohne Zusatzaggregate bei der Beutelherstellung eingebracht werden können.
Die verschiedenen, von uns hergestellten Beutelarten stellen keine speziellen Anforderungen, da die verfahrenstechnischen Schritte zur Beutelherstellung und zur möglichen Wirkstoffein- bzw. aufbringung im wesentlichen gleich sind.
Das sind vorrangig die Varianten:
- Zumischen in die Farben
- Zugabe im Lack
- Zumischen in die Leimkästen
Der Leimauftrag kann mittels Scheibenrädern oder mit Düsen und Leimklischees erfolgen.
Die Wirkstoffe sollten in den meisten Einsatzfällen nicht auf die Innenseite der Verpackung aufgetragen werden, um eine Migration und Geruchsübertragung auf das Füllgut zu vermeiden (besonders bei Lebensmitteln). Bei mehrlagigen Beuteln wäre das
Einbringen in eine Zwischenlage des Beutels sinnvoll.
Primär ist der Schutz der Beutel von außen anzustreben. Außer der Aufbringung mit
der Farbe oder dem Lack besteht auch die Möglichkeit, eine wirkstoffhaltige Flüssigkeit
(z.B. mit Wirkstoffen angereicherte Ethanollösung) „aufzudrucken“. Bei dieser Variante wäre auch das Einbringen einer Substanz, die gegen Insektenbefall wirkt, denkbar.
Das Aufbringen der Wirkstoffe kann demnach erfolgen durch:
- vollflächiges Aufbringen auf die Verpackung von außen
(Druck, Lack oder Beschichtung)
- rasterförmiges Aufbringen
- Einbringen in die Klebstoffnähte: wahlweise in die Längs- oder Seitennaht bzw. als
Bodenleimung und Querleimung, einzeln oder kombiniert
Die Variante der Bedruckung kann über das Einbringen der Wirkstoffe in die einzelnen
Farbwerke und das Aufbringen mit dem Druckvorgang realisiert werden. Den Wirkstoff-Zusatz könnte man nur 1-farbig, aber auch mehrfarbig einsetzen.
Materialspezifische Anforderungen:
Tüten und Beutel werden aus sehr verschiedenen Papier- bzw. Foliensorten hergestellt. Die flächenbezogenen Massen der verschiedenen Papiersorten schwanken in
unserer Fertigung von 30 – 140 g/m²; die verwendeten Folien haben Stärken zwischen 7 - 80 µm.
Sehr verschieden ist die Oberflächenbeschaffenheit der Papiersorten:
- extrem rauh und stark saugfähig sind Filterpapiere und ungeglättete Papiere
- gestrichene Papiere, die durch Auftrag einer Streichmasse eine sehr geschlossene
Oberfläche aufweisen, sind extrem wenig saugfähig
Sehr unterschiedlich ist auch die Leimung der Papiere. Dadurch steuert man je nach
Einsatzzweck die Saugfähigkeit und damit auch eine sehr unterschiedliche Aufnahmefähigkeit von Druckfarben und Klebstoffen.
3.3
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Verfahrenstechnische Umsetzbarkeit
Zur Ausrüstung von mehrlagigen Verpackungsmitteln aus Papier mit antimikrobiellen
Wirkstoffen bestehen prinzipiell mehrere technologische Möglichkeiten der Wirkstoffauf- oder –einbringung.
Entsprechend unseren Produktionsbedingungen und Beutelarten sind das folgende
verfahrenstechnische Varianten:
mittels Imprägnierung oder Besprühen der Bahnen oder Zuschnitte
mit der Bedruckung
mit der Lackierung
mit der Leimung von Verschlüssen und Nähten bei der Konfektionierung der Beutel.
Imprägnieren:
Dieses Verfahren könnte beim Herstellungsprozeß in der Papierfabrik durch Zugabe in
die flüssige Papiermasse erfolgen. Da Papier beim Trockenprozeß hohen Temperaturen ausgesetzt wird, ist aber mit einem hohen Wirkstoffverlust zu rechnen. Da man
Papier in großen Mengen und für ganz verschiedene Zielgruppen produziert, dürfte
dieser Weg nicht gangbar sein.
Sprühen:
Das Besprühen mit einer wirkstoffhaltigen Flüssigkeit würde einen partiellen bis vollflächigen Schutz der Verpackung nach außen oder innen ermöglichen. Nachteilig sind
aber u. a. die Notwendigkeit eines Lösungsmittels, der damit verbundene Trocknungsaufwand und die erforderliche Zusatzeinrichtung für das Sprühen. Das Verfahren wird
deshalb als sehr kostenintensiv eingeschätzt.
Bedruckung:
Zur Bedruckung der Verpackungsmittel im Flexodruckverfahren werden zu ca. 80%
ethanollösliche Farben (SIEGWERK DRUCKFARBEN) und 20% wasserlösliche Farben (z. B. DHL Druckfarben-Systeme und Color Chemie Druckfarben) eingesetzt. Die
Farben sind flüssig.
Das bei uns praktizierte Verfahren auf lösemittelbasierter Grundlage ist sehr gut geeignet. Da sich die pflanzlichen Wirkstoffe relativ gut in Ethanol lösen, kann eine Aufbringung auf das Trägermedium unproblematisch erfolgen. Ein den Druckvorgang störender Verdünnungseffekt durch Zugabe der Wirkstoffe tritt nicht auf, da die Farbe
beim Flexodruckverfahren üblicherweise ohnehin verdünnt wird.
Das Aufbringen der Wirkstoffe auf die Außenseite der Verpackung ist mit diesem Verfahren vorteilhaft, da die Wirkstoffe nicht bzw. nicht unmittelbar mit dem Füllgut in Verbindung kommen. Ein äußerlicher Schutz der Verpackung wäre damit gegeben.
Zu beachten ist, daß durch die verschiedene Saugfähigkeit der Papiere die Wirkstoffe
mehr oder weniger stark in das Material eindringen könnten. Dies ist bei der Konzentration und Auswahl der Wirkstoffe zu beachten. Es muß sichergestellt werden, daß die
Wirkstoffe nicht mit den Füllgütern in Kontakt geraten. Anderenfalls könnten die Füllgüter in ihrem Geschmack, Geruch, Farbe, Textur o. ä. nachteilig beeinflußt werden.
Falls diese Forderung nicht erfüllt werden kann, wäre alternativ das Verfahren nur für
mehrlagige Verpackungsmittel anwendbar.
Die Aufbringung der Wirkstoffe mit der Druckfarbe kann – je nach Druckbild und Anwendung – voll-, teilflächig, rasterförmig o. dgl. erfolgen. Die Einmischung der Wirkstoffe ist in nur eine oder auch mehrere Farben möglich. Das Verfahren ist damit sehr
variabel anwendbar. Der erreichbare antimikrobielle Schutz wird in Abhängigkeit von
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der Größe der bedruckten Flächen, der aufgetragenen Farbstoffmenge und dem Wirkstoffanteil in der (oder den) Farben unterschiedlich hoch ausfallen.
Außer der Variante der Einbringung der Wirkstoffe in die Druckfarbe könnte aber das
Druckverfahren auch zur Aufbringung einer wirkstoffhaltigen Lösung - ohne den Einsatz der Farbe – genutzt werden. Eine derartige lösemittelhaltige Mischung wird aber
eine geringere Fixierung auf dem Papier ergeben, wie das bei einer Einbringung mit
einer bindenden Matrix wie Druckfarbe oder Lack zu erwarten ist.
Lackieren:
Dieses Verfahren ist ebenfalls anwendbar. Eine vollflächige Lackierung kann die Verpackung gegen das Eindringen von Keimen von außen optimal schützen. Dabei dürfen
sich beim Bedrucken und Lackieren vor allem die öligen Bestandteile der Wirkstoffe
nicht absetzen bzw. die Farb – oder Lackqualität beeinflussen. Auch negative Auswirkungen auf die Farbechtheit- und Brillanz der Farben sind zu vermeiden.
Die Drucklacke sind ebenfalls flüssig und werden von den Herstellern der Druckfarben,
abgestimmt auf diese, angeboten. Hauptsächlich wird ein wassermischbarer, farbloser
bis gelblicher Glanzlack der Fa. SIEGWERK DRUCKFARBEN AG verwendet.
Einbringen der Wirkstoffe mit den Klebstoffen:
Bei der Konfektionierung der Beutel werden Klebstoffe in der Bodenleimung, Längsnahtleimung und Quernahtleimung verwendet. Hauptsächlich eingesetzt werden
schnell abbindende wäßrige, niedrigviskose Dispersionsklebstoffe verschiedener Hersteller auf der Basis von Kunstharzen wie Polyvinylacetat (1) oder Polyvinylalkohol (2).
Die Viskositäten dieser Leime liegen bei 1,8 – 3,2 Pas (1) bzw. 110 - 130 Pas (2); die
pH-Werte mit 3,5 – 5,5 (1) und 7,0 – 8,0 (2) im sauren bis neutralen Bereich.
In geringerem Umfang, z. B. in der Bodenleimung von Seitenfaltenbeuteln, kommen
auch stärkehaltige Klebstoffe zur Anwendung. Diese benötigen eine längere Trockenzeit.
Bei der Wahl und Dosierung der Wirkstoffe ist zu beachten, daß die Klebstoffe in ihrer
Klebkraft nicht negativ beeinflusst werden dürfen. Sollte dies nicht zu vermeiden sein,
müssen alternativ andere Klebstoffe verwendet oder die Zusammensetzung modifiziert
werden.
Die Leimung der Verpackungen erfolgt in der Regel nur in begrenzten Bereichen, wie
im Bodenbereich, den Längs- oder Seitennähten o. ä. Da sich der Leim in der Mitte
zwischen den zu verklebenden Beutelteilen befindet, wird der Wirkstoff sowohl nach
innen wie auch nach außen wirksam.
Bei mehrlagigen Verpackungsmitteln erfolgt meist noch eine Fixierung der Lagen untereinander mittels Leim, beispielsweise punktförmig über eine Tupferbeleimung oder
durch eine Quernaht im oberen Beutelbereich. Auch in diesen Varianten könnten
Wirkstoffe in den Leim eingebracht werden.
Desweiteren besteht bei kaschierten Beuteln, deren Lagen vollflächig verklebt sind, die
Möglichkeit der Einbringung in den Kaschierleim, die einen Schutz über die gesamte
Beutelfläche bieten würde. Diese Variante müßte allerdings über die Hersteller der
Verpackungsmaterialien realisiert werden.
Eine Variante, die beim Abfüller der zu verpackenden Güter durchgeführt werden
könnte, wäre die Einbringung der Wirkstoffe in den Leim, der zum Verschließen befüllter Beutel verwendet wird – soweit das Verschließen nicht durch andere Methoden
erfolgt.
Um die antimikrobielle Wirkung der Wirkstoffe in den Beuteln möglichst lange zu erhalten, sollten die Versandverpackungen (meist Faltschachteln aus Wellpappe) fest ver-
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schlossen werden. Das kann am günstigsten mit entsprechenden Klebebändern geschehen.
Eine Imprägnierung bzw. Ausrüstung dieser Klebebänder mit antimikrobiellen Wirkstoffen wäre eine weitere, zusätzliche Variante, um ausreichende Wirkstoffkonzentrationen in den Verpackungsmitteln (Einzelverpackung und Transportverpackung) auch
über lange Lagerzeiträume gewährleisten zu können.
Testuntersuchungen:
Um die praktische Eignung der möglichen technologischen Varianten zur Wirkstoffeinbzw. –aufbringung zu prüfen, wurden Testuntersuchungen im Labor der IBN und in
unserem Unternehmen durchgeführt.
Untersucht wurde das Verhalten der Lösungen (Druckfarbe, Leim, Lack) bei Einmischung der Wirkstoffe und bei der Verarbeitung mit den genannten Verfahren.
Beim Projektpartner IBN waren verschiedene Druckfarben, Lacke und Leime aller Projektpartner in Laborversuchen bereits hinsichtlich ihres Verhaltens beim Einmischen
verschiedener Wirkstoffe und ihrer antimikrobiellen Wirkungen auf Papierproben nach
manuellem Auftrag getestet worden. Dabei war festgestellt worden, daß sich die Wirkstoffe größtenteils direkt – ohne Lösungsmittelzusatz - einrühren lassen. Im allgemeinen war das Einmischen problemlos möglich. Unverträglichkeiten traten nur vereinzelt
bei einigen wenigen Wirkstoffen auf.
Als Wirkstoffe wurden in Zusammenarbeit mit der IBN und den anderen Projektpartnern zunächst Nelkenextrakt (Oleoresin) und Nelkenblätteröl ausgewählt, für die hohe
antimikrobielle Wirkungen festgestellt wurden. Der anzuwendende Wirkstoffanteil wurde entsprechend den Ergebnissen aus den Voruntersuchungen zunächst mit 5 – 10 %
festgelegt. Die Wirkstoffe wurden an verschiedenen Papiersorten, mit unterschiedlichen Druckfarben und Leimen getestet.
Die ersten Eignungstests im Unternehmen zur Herstellung von ein- und mehrlagigen
Beuteln mit Wirkstoffen in der Druckfarbe, im Lack und im Leim verliefen mit positiven
Ergebnissen. Die Wirkstoffe waren mit der vorhandenen Technik gut einmischbar und
die Mischungen gut verarbeitbar. Technologische Störungen wie im Offsetdruck der
ELBTALDRUCKEREI traten im Flexodruck nicht auf. Da die Farbe bzw. der Lack in
den Behältern ständig gerührt werden, sind keine Entmischungs- und Absetzerscheinungen feststellbar. Auch die Versuche zur Anwendung im Leim waren sehr zufriedenstellend. Es gab keine Probleme bei der Durchführung und die Klebeeigenschaften
wurden nicht beeinträchtigt.
3.4
Prozesstechnische Umsetzung
Aufbauend auf den ersten Testuntersuchungen wurde ein umfangreicheres Versuchsprogramm mit den als realisierbar eingeschätzten Verfahren durchgeführt, wobei die
Verfahrensparameter variiert und verschiedene Wirkstoffe mit unterschiedlichen Zugabemengen getestet wurden. Verschiedene ein- und mehrlagige Papiersorten und verschiedene Beutelformen wurden einbezogen. Von ausgewählten Varianten wurden
Musterchargen hergestellt, die bei der IBN hinsichtlich der erzielten antimikrobiellen
Wirkungen untersucht wurden.
Folgende Verfahrensvarianten und –kombinationen wurden in die Untersuchungen
einbezogen:
Bedrucken (voll-, teilflächig und rasterförmig)
Lackieren
-
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Bedrucken und Lackieren
Kleben (Boden-, Längsnaht-/Seitennaht-, Quernahtklebung) und
Kleben und farbloses Bedrucken.
Die Herstellung der Musterchargen wurde auf den nachfolgend genannten Maschinentypen mit folgenden Ergebnissen durchgeführt:
1. Druckverfahren:
Die Fertigung verschiedener Beutelvarianten mit Wirkstoffen in der Druckfarbe erfolgte
auf einer Blockbodenbeutelmaschine Combi 0 der Firma Fischer und Krecke Bielefeld.
Diese Maschine ist mit Einrichtungen für 2 zusätzliche Fütterungslagen versehen, so
daß 3- lagige Blockbodenbeutel in verschiedenen Materialkombinationen gefertigt
werden können. Gleichzeitig ist die Maschine mit einem 4-Farbdruckwerk ausgerüstet.
Ein derartiger 3-lagiger Beutel enthält eine bedruckbare Außenlage, die auch als Träger für die Farbe mit einem Wirkstoffzusatz wie Nelkenöl bzw. Nelkenextrakt dienen
kann. Als Zwischenlage wird meist ein Material verwendet, welches als Barriere gegen
Fett bzw. als Aromaschutz dient. Dies können Folien sein, wie Aluminiumfolie oder PPFolien, aber auch Spezialpapiere, wie nassfeste und fettdichte Papiere, beispielsweise
scotchbanbehandelte Pergamentersatzpapiere. Als Innenlage werden oft siegelbare
Verbunde aus Papier und PE oder PP eingesetzt.
Die Versuche wurden bei Raumtemperatur von ca. 21°C mit Taktgeschwindigkeiten
von 130 bis 160 Beutel / min durchgeführt.
Verwendet wurden ethanollösliche Druckfarben im Vollflächen- oder Teilflächendruck
und wasserlösliche Druckfarben im Raster- und Vollflächendruck.
Die Wirkstoffe Nelkenblätteröl und Nelkenextrakt wurden in Konzentrationen von 5 20% getestet.
Die Eignung der beiden Farbsysteme zur Aufnahme der eingesetzten antimikrobiellen
Wirkstoffe war unterschiedlich. Bei der Verarbeitung der ethanollöslichen Druckfarben
traten mit den getesteten Wirkstoffen in verschiedenen Konzentrationen und mit allen
eingesetzten Druckfarben keinerlei Probleme auf. Die verwendeten wasserlöslichen
Farben verhielten sich unterschiedlich. Bei Versuchen mit einer rasterförmigen Bedruckung (hellblau auf Aldi-Mehlbeutel) konnte die Druckfarbe bei Wirkstoffbeimengungen
von 20 % ebenfalls gut verarbeitet werden. Bei der Fertigung weiterer Musterchargen
unter Verwendung anderer Farben wurde aber die Druckfarbe bei höheren Beigaben
von über 10 – 15 % zunehmend milchig und klumpig, wodurch der Druckvorgang erschwert wurde.
Der Farbauftrag ist im Vollflächendruck satter als im Raster- oder Partialdruck.
Quantitativ konnte der Unterschied im Wirkstoffgehalt auf den Beuteln zwischen Vollflächendruck und Rasterdruck mittels Analysetechnik (NIR) in den Untersuchungen der
IBN nachgewiesen werden.
Dementprechend wurden die besten Ergebnisse zur Hemmung des Schimmelbefalls
auch bei Vollflächendrucken erzielt, da sie die Verpackungsmittel (Beutel) von allen
Seiten schützen. Bei Teilflächendrucken wird der Schutz nur für bestimmte Teile der
Verpackung bewirkt und fällt damit geringer aus. Auch Rasterdrucke konnten keine
befriedigenden Ergebnisse bringen, da der Farbauftrag und damit auch der Wirkstoffgehalt je nach Rasterweite wesentlich geringer ist als bei Vollflächendrucken.
In den Laborversuchen der IBN waren bei manuellem Auftrag der wirkstoffhaltigen
Farbe auf Probeblätter Konzentrationen im Bereich von 2,5 – 5 % bereits als wirksam
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ermittelt worden. Es zeigte sich jedoch, daß in der maschinellen Fertigung der Beutel
mit einem sehr viel geringeren Farbauftrag von ca. 4 g Farbe je m² Druckfläche auch
sehr viel weniger Wirkstoff auf die Flächen aufgebracht wird und die antimikrobiellen
Wirkungen deshalb niedriger ausfallen.
Es können aber auch noch weitere Ursachen für schwächere Hemmwirkungen bei den
maschinell bedruckten Beuteln im Produktionsprozeß liegen. Die Wirkstoffe könnten
noch nicht homogen genug verteilt oder ein Teil während des Druckprozesses verloren
gegangen sein. Z. B. kann ein Teil mit den Lösungsmitteln der Farben (Ethanol bzw.
Wasser) beim Trocknungsprozeß an die Außenluft abgegeben worden sein. Die
Trocknung wird vor allem bei schnell laufenden Maschinen (Faltenbeutel bis 1000
Stk./min) mit Warmluft unterstützt und das Farbdampfgemisch wird abgesaugt. Dabei
könnte ein Teil der Wirkstoffe verloren gehen, so daß auch relativ hohe Konzentrationen nicht die erwünschten hohen Wirkungen bringen.
Hinzu kommt die Tatsache, daß die Druckfarbe den Wirkstoff schneller wieder abgibt
als der Lack oder Leim. Dieses Ergebnis ergaben die Untersuchungen der IBN zur
Flüchtigkeit und Langzeitbeständigkeit.
Die Wirkstoffanalysen (NIR und GC) ließen den partiellen Wirkstoffverlust ebenfalls
erkennen.
Auch in den Hemmhoftests der IBN zeigten sich schwächere Wirkungen. Dabei war
als weiterer Testkeim zusätzlich ein anderer, auf Verpackungen vorkommender
Schimmelpilz, Penicillium chrysogenum, einbezogen worden. Es sollte geprüft werden,
ob dieser Keim ein weniger starkes Wachstum ausbildet oder stärker auf die antimikrobiellen Wirkstoffe reagiert. Die Untersuchungen und Vergleiche ergaben jedoch
eine weitgehende Übereinstimmung im Verhalten bei Verwendung von Aspergillus niger und Penicillium chrysogenum.
Daß aber trotzdem deutliche Hemmungen des Schimmelwachstums bei Wirkstoffanwendung in der Druckfarbe erzielbar sind, zeigte ein anderer Test, der mit Brotscheiben als leicht schimmelndes Testprodukt durchgeführt wurde. Hierbei wurde methodisch eine andere Herangehensweise praktiziert.
Dickere Scheiben bzw. Stücke von 2 Tage altem Brot wurden sowohl in handelsübliche Papierbeutel ohne Wirkstoff wie auch in Beutel aus der Musterchargenfertigung
mit Wirkstoffen in der Druckfarbe verpackt und einige Tage (bei zusätzlicher Umhüllung mit einem Beutel aus Kunststoff) bei Raumtemperatur gelagert. Der Bewuchs des
Brotes mit Schimmel in den unterschiedlich behandelten Beuteln wurde täglich kontrolliert.
Im unbehandelten Beutel zeigte sich der Beginn des Schimmelbewuchses bereits 4
Tage nach Versuchsbeginn. Dieser breitete sich schnell aus. Nach 1 Woche war ein
starker Schimmelbewuchs mit einem ausgeprägten Mycel auf dem Brot vorhanden. In
den bedruckten Beuteln mit Wirkstoffzusatz in der Druckfarbe trat dieser Bewuchs zunächst nicht auf. Sowohl der Anfangszeitpunkt des Schimmelbefalls wie auch die Geschwindigkeit des Wachstums wurden deutlich verzögert.
Mit 10% Nelkenöl in der Druckfarbe zeigten sich die ersten kleinen Schimmel nach ca.
1 Woche. Das Wachstum erfolgte deutlich langsamer. Erst nach 2 Wochen war das
Schimmelwachstum auch äußerlich auf dem Beutel erkennbar. Mit 20% Nelkenöl in
der Druckfarbe wurde eine noch stärkere Hemmung erzielt. Das Wachstum begann
ca. 1 Woche später als beim unbehandelten Beutel und trat ebenfalls verzögert auf.
2. Lackierung
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Das Lackieren erfolgt bei einem Teil der Verpackungen als zusätzlicher Veredlungsschritt im Anschluß an die Bedruckung. Damit wird ein höherer Glanz und eine bessere Abriebfestigkeit sowie ein brillanteres Aussehen der Verpackung erzielt.
Das Lackieren bietet als Variante der Wirkstoffanwendung den Vorteil eines erzielbaren vollflächigen Schutzes. Außerdem sind die Fixierungseigenschaften des Lackes für
die Wirkstoffe sehr gut, wie die Untersuchungen der IBN gezeigt haben. Die Wirkstoffe
werden auch während der Lagerung über mehrere Monate nur sehr langsam aus den
so behandelten Verpackungen abgegeben.
Verwendet wurde Glanzlack der Fa. SIEGWERK DRUCKFARBEN AG. Der Wirkstoff
Nelkenblätteröl wurde zunächst mit einer Einsatzkonzentrationen von 10 % getestet.
Wie bei der Bedruckung wird der Lack im Kasten ständig mechanisch umgerührt. Entmischungserscheingen traten deshalb nicht auf. Die Verarbeitung war problemlos für
alle Wirkstoffe und Konzentrationen durchführbar.
Ähnlich den Untersuchungen zur Anwendung in der Druckfarbe ergab der Zusatz von
10 % Wirkstoff im Hemmhoftest etwas schwächere Hemmwirkungen.
Im Schimmeltest mit Brotscheiben, der für die Variante der Wirkstoffeinbringung in den
Lack ebenfalls mit Beuteln aus der Musterchargenfertigung durchgeführt wurde, konnten jedoch wieder deutliche Hemmwirkungen erzielt werden.
3. Kombination Bedruckung + Lackierung
Da sowohl bei der Anwendung von Wirkstoffen in der Druckfarbe wie auch im Lack
eine Verzögerung des Schimmelbefalls und Hemmung des Wachstums festgestellt
werden konnte, sollten auch die erzielbaren Wirkungen ermittelt werden, wenn beide
Varianten miteinander kombiniert werden.
Der Wirkstoffanteil betrug 10 % in der Druckfarbe und 0, 10 oder 20 % im Lack. Je
nach Kombination der Verfahren addierten sich die Wirkstoffanteile in einem Beutel auf
10, 20 oder 30 % (Druckfarbe + Lack).
Besonders deutlich waren die positiven Wirkungen im Schimmeltest mit den Brotscheiben erkennbar. Bereits die Lackierung ohne Wirkstoff im Lack, auf der wirkstoffhaltigen Bedruckung, hatte einen wachstumshemmenden Effekt.
Der Zusatz von 10 % Nelkenblätteröl im Lack, zusätzlich zum Einsatz in der Druckfarbe, verzögerte den Beginn des Bewuches - im Vergleich zu den Proben ohne Wirkstoff
im Lack - um ca. 1 Woche. Bei Erhöhung des Wirkstoffanteils im Lack auf 20 % begann der Befall nochmals einige Tage später. Eine Verlangsamung des Wachstums
war ebenfalls festzustellen.
Die Lackierung kann somit wesentliche zusätzliche Effekte für den voll- oder teilflächigen Schutz der Verpackungen nach außen bringen. Da die nur durch die Bedruckung
(mit wirkstoffhaltiger Druckfarbe) zu erzielenden Wirkungen noch nicht sehr stark sind
bzw. der Wirkstoff von der Farbe wieder abgegeben wird, kann mit der gleichzeitigen
Anwendung der Wirkstoffe im Lack eine erhebliche Steigerung der antimikrobiellen
Schutzwirkung erzielt werden. Die Wirkstofffreisetzung aus dem Lack erfolgt, wie bereits dargelegt wurde, deutlich langsamer. Gleichzeitig wird die Wirkstoffabgabe aus
der Druckfarbe durch die Überlackierung verzögert, da diese die Fläche nach außen
gewissermaßen „abdichtet“. Dieser Effekt tritt auch dann auf, wenn in den Lack kein
Wirkstoff eingebracht wird.
Der erzielbare Schutzeffekt bei Einbringung der Wirkstoffe in der Druckfarbe und im
Lack ist also dreifach vorhanden:
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1. Wirkung der Wirkstoffe in der Druckfarbe
2. Verzögerung der Abgabe der Wirkstoffe aus der Druckfarbe durch die Lackierung
3. zusätzlicher Schutz durch weiteren Wirkstoffanteil im Lack, der ebenfalls nur langsam abgegeben wird.
4. Klebeverfahren
Je nach den eingesetzten Materialien müssen bei der Beutelfertigung ganz verschiedene Leimsysteme eingesetzt werden:
a) Bodenklebung:
Im einfachsten Fall kann z. B. die Bodenverleimung bei normalen Kraftpapieren mit
den traditionellen und umweltschonenden Stärkeleimen erfolgen. Diese haben eine
lange Abbindezeit. Bei veredelten, z. B. gestrichenen Papieren, ist die Verwendung
von Stärkeleimen nicht möglich. Hier verwendet man Dispersionsklebstoffe auf
Kunstharzbasis. Aus ökologischen Gründen sollten diese möglichst weichmacherfrei sein. Diese Leime gibt es in den vielfältigsten Ausführungen; bestimmte Typen
sind auch für die Bodenverklebung von Folien geeignet.
b) Seitenklebung:
Die verwendeten Klebstoffe können im einfachsten Fall Stärkekleber sein, einsetzbar, wo eine geringe Klebkraft und eine lange Abbindezeit möglich ist. (z. B. Bäckerfaltenbeutel in einer normalen Papierqualität mit Mittelnahtklebung.) Bei der
Blockbodenbeutelherstellung wird heute fast durchgängig die Seitennahtklebung
eingesetzt. Der Grund ist, daß man die Beutel ohne Unterbrechung durch eine
Leimnaht vollflächig bedrucken möchte. Dazu sind Leime erforderlich, die in ganz
kurzer Zeit abbinden. In der Regel werden deshalb auch Dispersionsklebstoffe auf
Kunstharzbasis verwendet. Für noch schwierigere, anspruchsvollere Klebenähte
für den Folienbereich gibt es heute Schmelzklebstoffe (Hotmelt). Diese werden auf
Temperaturen von ca. 150-180 °C erhitzt und mittels Düsen aufgebracht. Zur Sicherung wird dann oft noch eine zweite Leimnaht auf Dispersionsbasis danebengelegt, um optimale Ergebnisse zu erreichen.
c) Querverleimung:
Als dritten Leimauftrag wird bei einem Mehrlagenbeutel noch die Querverleimung
am Beutelende benötigt. Diese verhindert, daß das Füllgut zwischen die einzelnen
Materiallagen gelangt. Je nach Materialqualitäten kommen bis auf
Schmelzklebstoffe alle Leimsorten zum Einsatz.
Alle diese genannten Leimsorten lassen sich verschiedenartig auf das zu verleimende
Material auftragen. Wir unterscheiden folgende Auftragsverfahren:
Scheibenauftrag
Walzenauftrag
Segmentauftrag
Düsenauftrag.
In den von uns ausgesuchten Blockbodenbeutelmaschinen sind alle 4 Auftragsmöglichkeiten vorhanden, so daß vielfältige Varianten für die Versuche getestet werden
konnten.
Speziell werden in unseren Blockbeutelmaschinen die einzelnen Auftragsverfahren wie
folgt eingesetzt:
Scheibenauftrag:
zur Verklebung der Beutellängsnähte
Walzenauftrag:
zur Quernaht- und vollflächigen Verklebung
Segmentauftrag:
zur Bodenverklebung
Düsenauftrag:
zur Verklebung der Längsnähte.
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Alle genannten Systeme und Auftragsverfahren sind bis auf die Ausnahme der Hotmelt-(Schmelz-)Klebstoffe getestet worden. Deren Einsatz erübrigt sich aufgrund der
angewandten hohen Temperaturen von 150-180 °C, die für die Wirkstoffe nicht verträglich sind.
Eingesetzt wurden beispielsweise Kleber auf Basis Polyvinylalkohol (Adhesin TH) von
Henkel für die Bodenleimung und auf Basis Polyvinylacetat (MYBOND 47057) von
MYDRIN für die Längsnaht.
Bei den verschiedenen Klebeversuchen mit Beigabe von 10 - 20 % Nelkenöl bzw. Nelkenextrakt konnte festgestellt werden, daß ein Vermischen der verschiedenen Leime
mit den Wirkstoffen möglich war. Das Mischen erfolgte separat in einem Rührwerk.
Während des Produktionsprozesses konnten bei dem Scheiben-, Segment- und Walzenauftrag keine wesentlichen Absetzungserscheinungen beobachtet werden, da bei
diesen Auftragsverfahren der Leim immer in Bewegung ist.
Beim Düsenauftrag können wir bisher keine schlüssigen Erkenntnisse vorlegen. Der
Leim wird bei diesem Verfahren in relativ großen Behältern bevorratet, die je nach Abnahme bis mehrere Tage nicht nachgefüllt werden. Um hier Aussagen treffen zu können, wäre ein Großversuch nötig.
Eine Beeinträchtigung der Klebeeigenschaften bei Beimischungen von bis zu 20 %
Wirkstoff in die einzelnen Systeme wurde nicht festgestellt. Der Vergleiche der Klebeergebnisse von Beuteln mit und ohne Wirkstoffe brachte hierfür keine nachteiligen Wirkungen.
Die Untersuchungen der IBN und TU Dresden zu den Wirkstoffgehalten und antimikrobiellen Wirkungen der in den Musterserien gefertigten Beutel haben gezeigt, daß
die Einbringung der Wirkstoffe Nelkenöl und Nelkenextrakt in die Klebstoffe bessere
Ergebnisse bringt als der Eintrag in die Druckfarben. Bei Anwendung im Leim wurden
die höchsten, fungistatischen bis fungiziden Wirkungen erzielt. Bereits der Zusatz von
10 % war ausreichend für eine fungistatische Wirkung, teils mit Ausbildung kleiner
Hemmhöfe (besonders bei Zusatz von Nelkenblätteröl). Die Erhöhung des Wirkstoffanteils auf 15 % erbrachte eine Steigerung der Wirkung. Mit der weiteren Erhöhung auf
20 % wurde eine sehr starke, fungizide und langanhaltende Wirkung erzielt. Diese Angaben beziehen sich vorrangig auf den Einsatz der Wirkstoffe im Bodenverschluß. Bei
Einbringung in die Längs- und Seitennähte waren die Wirkungen etwas schwächer, da
die Nähte relativ schmal waren und die Auftragsstärke des Klebstoffes ebenfalls geringer war.
Sehr gut war auch die Fixierung der Wirkstoffe im Leim.
Die Lage des wirkstoffenthaltenden Leimes zwischen den Materialien bzw. Lagen (Papier oder Folie) wirkt sich positiv aus. Ein direkter Kontakt zum Füllgut wie auch zur
Außenluft ist nicht gegeben und somit ein wesentlich länger anhaltender Effekt zu erzielen. Eine Durchdringung des Materials durch den Leim ist ebenfalls unwahrscheinlich, da Leime in unserer Branche relativ dickflüssig verarbeitet werden und meistens
kurze Abbindezeiten haben.
Nachteilig könnte sich die Tatsache auswirken, daß flächenmäßig nur ein relativ kleiner Bereich der Verpackung einen Wirkstoffauftrag erhält.
Die Untersuchungen zum Schimmelbefall von Brotscheiben konnten jedoch auch die
vorhandene Schutzwirkung im Inneren der Beutel belegen.
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Der Einsatz von 10 oder 15 % Nelkenöl sowohl im Boden- wie auch im Seitenleim bewirkte eine Verzögerung des Schimmelbefalls um einige Tage und ein langsameres
Wachstum. Noch wirksamer war der Zusatz von 20 % Nelkenöl oder Nelkenextrakt im
Bodenleim. Für diese Beutel waren im Bodenbereich sehr starke, fungizide Hemmwirkungen (Hemmhoftest) festgestellt worden. Der Schimmelbefall des Brotes konnte ebenfalls stark gehemmt werden. Er begann erst ca. 2 (Nelkenblätteröl) bzw. 3 (Nelkenextrakt) Wochen nach Versuchsbeginn.
5. Kombination Klebeverfahren + farblose Bedruckung
Für Beutel mit der Wirkstoffeinbringung im Boden- und Seitenleim sollte noch eine weitere Variante zur Erhöhung des Schutzes über die gesamte Beutelfläche getestet werden. Dazu wurden einige Beutel zusätzlich mit einer farblosen Bedruckung versehen,
in die ebenfalls Wirkstoffe eingebracht wurden. Der sogenannte „farblose Verschnitt“
enthält die gleichen Bestandteile wie eine Druckfarbe, aber keine Pigmente.
Diese Zusatzbehandlung ergab eine deutliche Erhöhung der antimikrobiellen Wirkung
im Hemmhoftest und im Schimmeltest mit Brot. Die Zugabe von 10 % Nelkenöl in die
farblose Bedruckung zuzüglich zur Anwendung von 10 bzw. 15 % Nelkenöl im Bodenund im Seitenleim bewirkte eine Verzögerung des Zeitpunktes für das Einsetzen des
Schimmelbefalls um ca. 4 – 7 Tage. Der Befall des Brotes begann erst ca. 2 Wochen
nach Versuchsbeginn.
In Anlage 1 / Abb. 1 – 4 sind einige der dargelegten Ergebnisse zur Verzögerung des
Schimmelbefalls von Brot mit verschiedenen Wirkstoffanwendungen dokumentiert. Die
Aufnahmen zeigen den Vergleich des Schimmelbefalls der Proben (Brot) nach 7 Tagen im unbehandelten Beutel, in Beuteln mit 10 und 20% Nelkenblätteröl in der Druckfarbe sowie im Beutel mit je 10% Nelkenblätteröl im Bodenleim, Seitenleim und der
farblosen Bedruckung. In Abb.1 ist der starke Befall im unbehandelten Beutel sichtbar,
in Abb.2 der leichte Befall im Beutel mit 10% Wirkstoff in der Druckfarbe (3 kleine
Schimmel). Die anderen Proben (Abb.3, 4) sind frei von Bewuchs. Bei diesen begann
das Wachstum erst zwischen dem 11. und 14. Tag.
6. Sonstige Verfahren
Aufgrund der sehr guten Ergebnisse mit den verschiedenen Anwendungen der Wirkstoffe in den Klebstoffen werden auch Varianten der Einbringung mit der Leimkaschierung mehrlagiger Verpackungsmittel gute Erfolgschancen eingeräumt. Untersuchungen hierzu konnten leider nicht durchgeführt werden, da die Kaschierung nicht in unserem Unternehmen erfolgt, sondern bereits beim Hersteller der mehrlagigen Beutelpapiere. Wir beziehen diese Materialien von den Herstellern nur zur Weiterverarbeitung.
Möglich wäre auch der Einsatz des Sprühverfahrens. Die dazu vorgenommenen Testuntersuchungen der Papierverarbeitung Görlitz konnten die Anwendbarkeit des Verfahrens nachweisen. Störend machte sich vor allem die hohe Lösungsmittelkonzentration und starke Geruchsintensität im Produktionsraum bemerkbar. Nachteilig ist auch
der erhöhte technische Aufwand infolge der benötigten Zusatzeinrichtung und des höheren Trocknungsaufwandes. Die Untersuchungen der IBN und TU Dresden haben
außerdem ergeben, daß die Fixierung der Sprühlösung auf der Verpackungsmittelbahn zu gering war und sich die Wirkstoffe schnell verflüchtigten. Deshalb wurde in
unserem Unternehmen auf die Durchführung entsprechender Versuche verzichtet.
3.5
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Erprobungs- und Optimierungsphase
In dieser abschließenden praktischen Phase wurden die erfolgreichen Verfahrensvarianten weiter optimiert, um die effektivsten Wirkstoffe, die erforderlichen Einsatzkonzentrationen und die günstigsten Bedingungen zur Handhabung zu ermitteln. Außerdem sollten anhand weiterer Muster die Gebrauchseigenschaften und das Verhalten
der antimikrobiell ausgerüsteten Verpackungen im Verpackungsprozeß untersucht
werden.
Mit der Einbringung der Wirkstoffe in die Druckfarbe, den Lack und den Leim konnten
3 Verfahren der antimikrobiellen Ausrüstung von mehrlagigen Verpackungungsmitteln
aus Papier in verschiedenen Varianten erfolgreich realisiert werden. Der Wirkstoff
wurde darin gebunden und nachfolgend langsam, mit unterschiedlich starker Verzögerung, wieder abgegeben. Diese positiven Wirkungen konnten bei der kombinierten
Anwendung der Verfahren noch gesteigert werden.
Bei der Fertigung der verschiedenen Arten von Beuteln und Tüten aus ein- und mehrlagigem Papier traten keine gravierenden Probleme auf. Mit wenigen Einschränkungen
konnten die Wirkstoffe gut in die Druckfarbe, den Lack oder Leim eingemischt und die
Materialien problemlos verarbeitet werden.
Hinsichtlich des Verhaltens der Verpackungen im Verpackungsprozeß waren ebenfalls
keine nachteiligen Einflüsse durch die antimikrobielle Ausrüstung feststellbar. Die Verpackungen verhielten sich wie herkömmliche Verpackungen ohne Wirkstoffzusatz. Die
Festigkeit und Haltbarkeit der Verleimungen wurde durch den Wirkstoffzusatz nicht
merklich verändert.
Auch die Untersuchungen der Gebrauchseigenschaften ergaben positive Ergebnisse.
Im Handling der Verpackungen traten keine Beeinträchtigungen auf. Die Anforderungen an solche Eigenschaften wie die Falzfähigkeit, das Reibungsverhalten etc. konnten von den untersuchten Mustern erfüllt werden. Auch die mechanische Stabilität der
Verpackungen war sehr zufriedenstellend. Als Maß hierfür sind Untersuchungen der
Biegesteifigkeit, Durchreiß-, Berst- und Zugfestigkeit sowie weiterer Kenngrößen heranziehbar. Dazu erfolgte z. B. die Überprüfung der Berstfestigkeit nach DIN ISO 2758.
Außerdem wurden die Oberflächeneigenschaften der ausgerüsteten Verpackungen,
wie Rauhigkeit, Glätte, Glanz etc., beurteilt und keine Mängel festgestellt.
Farbveränderungen infolge der Wirkstoffbeimengung traten in der Regel nicht auf. Generell wurden in ethanollöslichen Druckfarben mit Wirkstoffkonzentrationen bis ca. 15
% gute Ergebnisse erzielt. Eine Ausnahme bildeten hierbei nur hochkonzentrierte
dunkle Farbtöne, wo bei einer Zugabe von 10-15 % der gewünschte satte Farbton
nicht mehr erreicht werden konnte, so daß bei diesen speziellen Farbtönen noch kein
abschließendes Urteil abgegeben werden kann. Dazu wären weitere Abstimmungen
mit dem Farblieferanten erforderlich bzw. Möglichkeiten zu suchen, um mehr Farbe
pro m² auf den Druckstoff zu bekommen. Beispielsweise könnte mit geänderten Rasterwalzen in den Druckwerken gearbeitet bzw. weichere Druckplatten (Photopolymere)
eingesetzt werden. Der Spielraum ist hier aber nicht sehr groß, da die Wirtschaftlichkeit unserer Produktion gewährleistet sein muß.
Die Anwendung von Wirkstoffen im Lack hatte ebenfalls keine sichtbaren Auswirkungen auf die Oberflächeneigenschaften. Desgleichen traten auch bei den mit Wirkstoffen im Leim versehenen Verpackungen keine Beeinträchtigungen auf.
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Die Klimabeständigkeit ist ebenfalls zufriedenstellend. Getestet wurde der Einfluß der
Bedingungen bei Kühllagerung im Vergleich zur Lagerung unter normalen Raumbedingungen. Bei kühler Lagerung werden die Wirkstoffe aus den Verpackungen noch
wesentlich langsamer freigesetzt. Papierbeutel der gefertigten Musterchargen mit 10 %
Nelkenextrakt im Leim wiesen in den von der IBN durchgeführten Untersuchungen
nach 3 Monaten Kühllagerung noch ca. 75 % und nach einem halben Jahr ca. 65 – 70
% des Wirkstoffgehalts auf. Im Vergleich dazu waren in bei Raumtemperatur gelagerten Proben nach einem halben Jahr noch ca. 50 % der Wirkstoffe vorhanden, wenn sie
in einer Umverpackung (Faltschachtel) verpackt waren, während für völlig offen liegende Proben nach ca. 1 Monat nur noch 2/3 und nach 6 Monaten ca. 30 % des Wirkstoffgehalts festgestellt wurden.
Unter sehr feuchten Bedingungen beschleunigt sich die Freisetzung der Wirkstoffe.
Halten diese über einen längeren Zeitraum an, geht der antimikrobielle Schutz schneller verloren. Dieser Sachverhalt ist bei der Dosierung zu berücksichtigen. Sie muß entsprechend höher gewählt werden, je größer die zu erwartende Feuchte im Gebrauch
der Verpackungen ist.
Geruchsemissionen durch die getesteten Wirkstoffe Nelkenöl und Nelkenextrakt traten
vor allem während der Fertigung der Verpackungen an den Maschinen und im Produktionsraum auf. Mit Erhöhung der Dosierungen bis auf 20 % wurden diese noch verstärkt. Sie wurden vom Personal vor allem bei der Einmischung in die Druckfarbe als
störend empfunden, wobei auch die ethanolhaltigen Farben starke Geruchsbelästigungen hervorrufen. Diese Emissionswerte sind insbesondere bei der Einhaltung der
Lösemittel-(VOC-)Richtlinien der neuen TA-Luft zu beachten.
Außerdem besteht die Gefahr, daß der Geruch auf das Packgut übergehen könnte.
Das ist insofern kritisch, da Verpackungen für Lebensmittel einen großen Prozentsatz
unserer Produktion ausmachen und für diese die Forderung nach Geruchsneutralität
besteht. Daß auch die Kunden diesen Sachverhalt kritisch sehen, läßt sich an der Tatsache bemessen, daß der Einsatz von 1 % Zitronensäure im Ethanol zur Geruchsverbesserung in unserem Unternehmen bereits zu Reklamationen unserer Produkte
durch die Kunden geführt hat. Andererseits konnten Befürchtungen, daß Wirkstoffanteile in die verpackten Produkte übergehen könnten, durch die von der TU Dresden
durchgeführten Migrationstests ausgeräumt werden. Untersuchungen zur Lagerung
von Mehl als Test-Lebensmittel in den von uns gefertigten wirkstoffhaltigen Beuteln
haben gezeigt, daß ein derartiger Übergang nicht stattfindet.
Bei der Überlackierung war die Geruchsbelästigung etwas geringer. Weniger prägnant
war die Geruchsentwicklung auch bei der Verarbeitung der Wirkstoffe im Leim.
Der Eigengeruch der Wirkstoffe haftet den Beuteln, abhängig vom Einsatz in Farbe,
Lack oder Leim und der Dosierung, über längere Lagerzeiten an. Nach der Verpackung der Beutel in Transport- oder Umverpackungen aus Folie oder Karton ist er allerdings nach außen hin kaum wahrnehmbar.
Bei Anwendung der Wirkstoffe im Leim ist neben der weniger stark ausgeprägten Geruchsentwicklung vor allem die hervorragende antimikrobielle Wirkung als Vorteil zu
nennen. Dabei spielt auch die erfolgreiche Fixierung der Wirkstoffe über mehrmonatige
Lagerzeiten- ähnlich wie auch beim Lack – eine wichtige Rolle.
Die Anwendbarkeit des Verfahrens konnte für bedruckte wie unbedruckte, ein- und
mehrlagige Verpackungsmittel verschiedener Zusammensetzung und Konstruktion
erfolgreich nachgewiesen werden. Neben der Ausrüstung der Bodenverschlüsse, die
sich als am effektivsten erwiesen hat, ist der kombinierte Einsatz der Wirkstoffe auch
in den anderen Verklebungen der Beutel (wie Längs- oder Seitennähte; ggf. Querver-
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leimung, Punktverleimung oder Verschlüsse im Kopfbereich) empfehlenswert, um die
antimikrobielle Wirkung gleichmäßiger über die gesamte Beutelfläche bzw. den Beutelinhalt zu verteilen.
Alternativ ist natürlich eine Kombinationslösung auch zwischen der Anwendung im
Leim und der vollflächigen Bedruckung und / oder Lackierung möglich. Die Wirkung in
der Bedruckung kann durch die Lackierung erhöht bzw. stabilisiert werden.
Die Wirkstoffgehalte in den Anwendungen haben sich meist mit Anteilen von ca. 10 –
15 % als optimal erwiesen, wobei bei Steigerung der Anteile eine Zunahme der Wirkungen eindeutig erkennbar war. Allerdings nahmen im Bereich von 15 – 20 % auch
einige nachteilige Wirkungen zu, beispielsweise die stärkere Geruchsentwicklung, vereinzelt auftretende Mischprobleme, Herabsetzung der Farbintensität u. ä. Bei niedrigen
Zugaben im Bereich um 5 % sind meist die Wirkungen nicht so ausgeprägt und stabil.
Auf eine homogene Verteilung der Wirkstoffe im Leim, der Druckfarbe oder dem Lack
ist in jedem Fall zu achten, um eine vollständige und gleichmäßige Übertragung der
Wirkstoffanteile auf die Verpackungsmittel zu gewährleisten. Dafür sind maschinelle
Mischvorgänge zu bevorzugen.
In den Musterserien wurden überwiegend einseitig glatte, weiß gebleichte Kraftpapiere
bis 80 g/m² eingesetzt. Nach unserer Einschätzung sind auch für andere Papiersorten,
wie braune Kraftpapiere oder Recyclingpapiere bzw. glänzend gestrichene Papiere,
keine wesentlich anderen Ergebnisse zu erwarten. Nur für die verschiedenen Oberflächen, z.B. bei rauhen und gestrichenen Papieren, sind Unterschiede bei der Dosierung
der Wirkstoffe zu beachten, da rauhe Papiere wesentlich mehr Farbe und Wirkstoff
aufnehmen als oberflächig glatte Papiere.
Neben den getesteten Materialien und Beutelkonstruktionen ist die Verfahrensweise
der Anwendungen in der Druckfarbe, im Lack oder Leim auch für weitere ein- und
mehrlagige Verpackungen aus Papier mit ähnlichen Eigenschaften in unserem oder
anderen Unternehmen einsetzbar. Beispielsweise wäre die Fertigung von Säcken mit
Wirkstoffen in den Leimen, die wirkstoffhaltige Bedruckung von Einschlägen und Einwicklern oder die Herstellung weiterer Beutelarten möglich. Vorteilhaft wäre auch der
Wirkstoffeinsatz in den Kaschierungen und in den Klebebändern.
Diesbezügliche Untersuchungen überstiegen den Rahmen dieses Forschungsprojektes. Sie könnten Gegenstand weiterführender Forschungsvorhaben sein.
Die getesteten Wirkstoffe Nelkenextrakt und Nelkenblätteröl haben sich in ihrer vielseitigen Anwendbarkeit und der hohen antimikrobiellen Wirkung grundsätzlich als sehr
gut geeignet erwiesen. Nach Aussagen der IBN wären aber auch andere Wirkstoffe
mit vergleichbarer Wirkung einsetzbar. Hierbei bestehen noch Optimierungsressourcen, z. B. hinsichtlich der Intensität und Variation der Gerüche, der Erweiterung der
Produktpalette und Verringerung der Kosten. Dafür kommen sowohl weitere wirksame
Extrakte als auch ätherische Öle (z. B. Palmarosa-, Lemongrasöl o.a.) sowie Kombinationen von Extrakten und ätherischen Ölen oder nur von ätherischen Ölen in Frage.
Die Eigenschaften ändern sich dadurch nicht maßgebend. Durch die Wahl einer günstigen Kombination kann die antimikrobielle Wirkung sogar noch gesteigert werden. Bei
der Auswahl und Dosierung muß die Akzeptanz der Kunden und das Wohlbefinden
des Produktionspersonals Berücksichtigung finden.
Die Dosierung sollte nicht zuletzt schon aus wirtschaftlichen Gründen sehr sparsam
vorgenommen werden. Sie sollte aber auch auf die Bedingungen und Beanspruchun-
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gen im vorgesehenen Einsatz der Verpackungen und die dafür erforderliche Wirkungsdauer abgestimmt sein. Zu unterscheiden ist zwischen kurz- und mittelfristigen
Anwendungen bei normalen Beanspruchungen oder zwischen erhöhten klimaseitigen
Anforderungen mit verlängerten Transportwegen und Lagerfristen, beispielsweise für
den Einsatz in tropischen oder subtropischen Gebieten.
Auch spezielle Lösungen für besonders sensible Anwendungen, z. B. im medizinischen Bereich, könnten hiermit entwickelt und angeboten werden.
4.
Schlußfolgerungen für die Umsetzungskonzeption
Aus den Untersuchungen im Rahmen des Forschungsprojektes haben sich 3 Verfahren der Wirkstoffzugabe als geeignet erwiesen und somit verschiedene mögliche Richtungen als Lösungsvarianten ergeben:
1. die Zugabe von Wirkstoffen im Leim bei der Konfektionierung der Beutel
2. die Zugabe in der Druckfarbe
3. die Zugabe im Lack.
Die Zugabe im Leim sollte primär im Bodenverschluß erfolgen. Zusätzlich ist die Ausrüstung der anderen Verleimungen im Beutel, wie Längs-/Seitennähte und bei mehrlagigen Beuteln auch Punkt- und Querverleimungen o. ä. sinnvoll.
Die Anwendung in der Druckfarbe kann mit dem Einsatz im Lack kombiniert werden.
Dies ermöglicht einen vollflächigen Schutz und die Erhöhung der Wirkungsdauer.
Zusätzlich zur Leimanwendung ist auch eine wirkstoffhaltige farblose Bedruckung sehr
wirksam bzw. die Anwendung pigmentierter Druckfarben möglich.
Diese vielfältigen Möglichkeiten können technologisch und wirtschaftlich verwertet
werden, um mit den Zieleigenschaften den höheren Gebrauchswert zu vermarkten.
Während dem Transport, Umschlag und der Lagerung von Packungen sind diese oft
starken Temperaturwechseln ausgesetzt, die zu Veränderungen der relativen Feuchtigkeit ihres Luftraumes bis hin zur Kondensatbildung (Taupunktunterschreitung) und
zum „Schwitzen“ der Ladungen führen können. Dies tritt insbesondere bei hygroskopischen Produkten und Verpackungsmaterialien innerhalb von wasserdampfdichten
Umhüllungen (z. B. folienumhüllten Palettenladungen) auf. Die Ursachen für das Temperatur- / Feuchtigkeitsgefälle können sehr vielfältig sein: wetterbedingt (Temperaturstürze), durch den Tag-/Nachtzyklus, durch Ortswechsel (Flachland/Gebirge, Nord/Südrouten bei Schiffen) oder durch den Wechsel der Klimate bedingt (bei Ein/Auslagerungen; Umschlag von Waren) etc. Von solchen Temperaturänderungen wird
zunächst nur die Oberfläche der Packungen oder Ladungen erfaßt; sie wirken sich erst
mit starker Verzögerung nach innen aus. Kritisch sind vor allem starke Wechsel von
kalt nach warm, wie sie z. B. beim Transport aus europäischen Häfen in tropische Gebiete auftreten, bei intensiver Sonnenbestrahlung nach vorhergehendem Regen oder
Kälteeinfluß oder im Winter, wenn ausgekühlte Waren in warme Läger und Läden gebracht werden. Auch Schäden durch Nässe infolge nasser Stellflächen in Lägern,
feuchter Böden in Fahrzeugen oder Containern o. ä. können auftreten.
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Für den Export von Waren in ausgesetzte Klimate und die Lagerung unter wenig beeinflußbaren und definierbaren Bedingungen wäre eine antimikrobielle Ausrüstung der
Verpackungen vorteilhaft. Bei derart langen Transportwegen, Umschlag- und Lagerzeiten und hohen klimatischen Beanspruchungen wäre eine höherdosierte Wirkstoffanwendung mit einer Wirkung von bis zu ca. 6 Monaten (oder länger) anzustreben. Eine Kombination der Zugabe von Wirkstoffen in die Leime und die Oberflächen
(über Druck und Lackierung) ist für diese Einsätze sinnvoll, um eine Erhöhung der
Wirkungen zu erzielen und den längerfristigen Schutz garantieren zu können. Die Dosis der Wirkstoffe im Leim, Druckfarbe und Lack sollte dabei jeweils 10 – 15 % nicht
unterschreiten.
Auch im europäischen, vor allem aber im heimischen Markt sind antimikrobiell behandelte Verpackungen mit zusätzlichen hygienischen Eigenschaften für bestimmte Produkte interessant. Die Kostenerhöhung muß dabei in Bezug zum erzielbaren Nutzen
stehen. In Relation zu den verschiedenen Haltbarkeitszeiten der Produkte müßte die
Wirkungsdauer über mindestens 4 Wochen anhalten (z. B. Brotbeutel). Für die meisten Produkte werden die Anforderungen im Bereich bis 3 oder 4 Monate liegen. Für
diese Anwendungen kann eine Wirkstoffzugabe auch nur in den Leimen oder nur im
Druck/Lack ausreichen bzw. die Dosiermengen je Anwendung können reduziert werden.
In Frage kommen dafür neben der Verpackung technischer Produkte auch Erzeugnisse aus dem kosmetischen oder pharmazeutischen Bereich oder Spezialanwendungen,
wie Beutel für Bodenproben o. ä.
Ein interessantes Einsatzgebiet wären beispielsweise Bio-Produkte, da die Käufer dieser Produkte besonderen Wert auf hochwertige, hygienisch einwandfreie Waren mit
natürlichen Inhaltsstoffen legen und dafür auch etwas höhere Preise akzeptieren.
Auch im Bereich der Tiernahrungsmittel und –ergänzungsprodukte ist ein Einsatz
denkbar.
Beispielsweise zur Verpackung von Brot, wo auch gewachste Papiere zur Frischhaltung eingesetzt werden, ist ein Ersatz durch antimikrobiell ausgerüstete Beutel gut
vorstellbar. Die hemmende und verzögernde Wirkung einer derartigen Ausrüstung gegen den Befall mit Schimmel konnte in dem Projekt nachgewiesen werden.
Die Umsetzung durch Zugabe der Wirkstoffe in den Leim, die Druckfarbe und / oder
den Lack sollte sich situativ und flexibel den Anforderungen nach Einsatz, Marktanforderungen und Kundenwunsch anpassen. Das betrifft sowohl die Wirkstoffauswahl,
Wirkstoffmenge und das anzuwendende günstigste Verfahren der Wirkstoffeinbringung. Sie ist ohne größeren Vorbereitungsaufwand kurzfristig realisierbar.
Gegebenenfalls sind noch einige Testuntersuchungen durchzuführen.
Diese neu zur Verfügung stehenden Möglichkeiten sollen Aufnahme im Marketing- und
Vertriebskonzept unsererer Firma finden und mit den Kunden kommuniziert werden.
Nach Realisierung erster Aufträge durch unsere Kunden wird eine Dokumentation erarbeitet und ein Faltblatt als Werbe- und Informationsmittel erstellt, welches als Basis
für Informationen (‚Aktuell‘) im Internet sowie zur weiteren Kunden-Akquisition dienen
soll.
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Für den Einsatz der Wirkstoffe werden folgende Parameter festgelegt:
Parameter
Druckfarbe
und Lack
Einsatz der bisher verwendeten bewährten Sorten; wasserlösliche
Farben und Lacke nur bedingt einsetzbar (testen); ethanollösliche
ohne Einschränkung; für dunkle Farbtöne ggf. Farbdichte erhöhen
Leim
Einsatz der bisher verwendeten bewährten Sorten; kein Schmelzkleber
Wirkstoffe
bevorzugt ätherische Öle (kostengünstiger), naturrein, optimal als
Wirkstoffkombination mit gesteigerter antimikrobieller Wirkung
(Duft ist sekundär; soll aber nicht unangenehm sein)
Duftstoffe
ggf. ergänzend, nur bei Bedarf, zur positiven Beeinflussung des
Geruches; bevorzugt ätherische Öle mit primärer Duftwirkung
(ohne oder mit geringer antimikrobieller Wirkung)
Konzentration
Wirkstoffkonzentration je nach Einsatzzweck:
für Kurzzeitausrüstung (- 4 Wo): ca. 3 – 5 % im Leim oder Druckfarbe oder Lack
für mittelfristige Ausrüstung (- 4 Mon.): ca. 15 % im Leim oder
Druckfarbe/Lack oder bis 10% im
Leim, Druckfarbe und Lack
für hohe Anforderungen und Langzeitausrüstung: 10 – 15 % im
Leim und Druckfarbe und Lack
Duftstoffe (bei Bedarf):
sehr sparsam, ca. 0,5 – 2 %
Unser Unternehmen ist nach DIN EN ISO 9001 zertifiziert. Standardmäßige Qualitätskontrollen aller eingehenden Rohmaterialien, Papiere, Folien, Farben, Lacke, Leime,
Hilfsstoffe, Transportverpackungen etc. wie auch der gefertigten Produkte sind Bestandteil unseres QM-Systems. Dazu zählen auch regelmäßige Kontrollen im Lagerund Logistikbereich und Hygienemaßnahmen sowie – kontrollen in allen Bereichen
unseres Betriebes.
Für die zur antimikrobiellen Ausrüstung benötigten Roh- und Hilfsstoffe und die damit
verbundenen Tätigkeiten sind diese Kontrollen entsprechend zu erweitern und den
Erfordernissen anzupassen, z. B. durch folgende Maßnahmen:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Überprüfung des Frischegrades bzw. der Haltbarkeit („Verfallsdatum“) der Wirkstoffe
Zertifikat der Wirkstofflieferanten zur Frische und zur Zusammensetzung bzw.
zum Wirkstoffgehalt der Hauptkomponenten
analoge Vorgehensweise (1./2.) auch für Wirkstoffkombinationen
Kontrolle des Hygienezustandes der technologischen Einrichtungen (besonders
auch bei Produktwechsel)
Kontrolle der massemäßigen Wirkstoffaufnahme (je Bogen, Zuschnitt oder Verpackung)
Entnahme von Rückstellmustern (Hälfte der Proben aus der Massebestimmung)
und Kontrolluntersuchungen zur Ermittlung des zeitlichen Wirkstoffverlustes sowie hausinterne Erprobungen (mit dem restlichen Probenmaterial)
Laboranalysen und Mortalitätstests zur Überprüfung der antimikrobiellen Wirkungen (fakultativ; in größeren Zeitabständen)
5.
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Zusammenfassung
Gemäß der im Projektantrag formulierten Zielstellung wurden verschiedene technologische Varianten zur Ausrüstung von ein- und mehrlagigen Verpackungen aus Papier
mit natürlichen Wirkstoffen durch die Herstellung von Musterserien erprobt und geeignete, umsetzungsfähige Lösungen erarbeitet.
Für die bei uns gefertigten Beutel und Tüten aus Papier sind derartige Wirkstoffe einsatzfähig und antimikrobielle Wirkungen erzielbar. Das gilt nach unseren Erfahrungen
für Konzentrationen von bis zu 10 - 15 % in den Druckfarben oder Lacken (vorwiegend
alkohollösliche). Eingeschlossen sind hierbei auch Lösungsmittel (Ethanol), Spezialverdünner, Trocknungsbeschleuniger und Trocknungsverzögerer. Auch bei den von
uns getesteten und am meisten verwendeten Leimsorten für Papier ist die Verarbeitung bis 15 % möglich. Das betrifft Stärkeleime, Dispersionsklebstoffe auf Kunstharzbasis und Gemische aus beiden Leimtypen.
Die Bindung der Wirkstoffe im Leim von Verpackungen wird als sehr gut bewertet und
die Einbringung ist ohne den Einsatz von Lösungsmitteln und ohne technische Probleme durchführbar. Die besten Ergebnisse werden mit Anwendungen im Bodenleim
erreicht, wobei die zusätzliche Einbringung in die Leime der Längs-/Seitennähte etc.
sinnvoll ist. Die Klebefähigkeit der Leime wurde durch den Zusatz der Wirkstoffe nicht
beeinträchtigt.
Auch im Lack ist eine sehr gute Bindung der Wirkstoffe erzielbar. Bei Anwendung in
der Druckfarbe werden die Wirkstoffe schneller wieder abgegeben, jedoch wird diese
Abgabe durch eine Überlackierung wesentlich verzögert. Mit beiden Verfahren wird ein
vollflächiger Schutz erreicht. Die kombinierte Anwendung in der Druckfarbe und im
Lack bringt hierbei die höchste Wirkung hervor.
Mit den genannten Varianten lassen sich - an den vorgesehenen Einsatz der Verpackungen und die besonderen klimatischen Anforderungen angepaßt – zahlreiche Lösungen für verschiedene Materialien, Konstruktionen und Ausstattungen im Bereich
der ein- und mehrlagigen Verpackungen aus Papier entwickeln und anbieten. Auch
Anwendungen im Bereich von Einschlägen und Einwicklern, mehrlagigen Säcken aus
Papier etc. sind denkbar oder der Einsatz in der Kaschierung von Verpackungsmaterialien.
Die antimikrobielle Ausrüstung der Verpackungen kann für einen langfristigen Schutz
und erhöhte Anforderungen, z. B. für den Export technischer Produkte in Länder mit
starken klimatischen Beanspruchungen, ausgelegt werden, aber auch für eine kurzoder mittelfristige Wirkung mit unterschiedlichen Anforderungen im heimischen und
europäischen Markt. Zusätzliche hygienische Eigenschaften der Verpackungen sind
insbesondere für empfindliche Produkte von Vorteil. Am Beispiel der Verzögerung des
Schimmelbefalls von Brot konnte die Wirkung verschiedener Varianten zur Wirkstoffanwendung demonstriert und ein potentielles Einsatzgebiet gefunden werden.
Aus der Vielzahl der durchgeführten Untersuchungen ist abzuleiten, daß es durchaus
möglich ist, Verpackungen und deren Inhalt nach außen und innen vor Mikroben zu
schützen. Für ein- und mehrlagige Verpackungen (Beutel und Tüten) aus Papier wurden verschiedene Varianten zur antimikrobiellen Ausstattung mit natürlichen Wirkstoffen erarbeitet und optimiert. Die Zielstellung des Forschungsvorhabens konnte somit
erfüllt werden.

Abschlußbericht - Cleaner Production Germany

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