Kunststoffalternativen

In der heutigen Gesellschaft wächst das Bewusstsein für umweltfreundlichere Verpackungen. Speziell im Bereich der Wellpappe wird verstärkt über den Einsatz von plastikfreien Alternativen diskutiert. Hier liegt ein anspruchsvoller Fokus auf Alternativen zu Kunststoffen. Zugleich gewinnen Strategien der Kreislaufwirtschaft, Ressourceneffizienz und das Prinzip „Design for Recycling“ an Bedeutung, sodass Materialwahl und Konstruktionsprinzipien stärker ganzheitlich betrachtet werden. Auch regulatorische Entwicklungen auf europäischer Ebene setzen vermehrt Anreize für recyclingfähige, faserbasierte Verpackungslösungen.

Im Kontext der Wellpappenfertigung betrifft dies vor allem Funktionsschichten wie Barrierebeschichtungen, Klebstoffe, Trennlagen, Polsterelemente und ergänzende Schutzmaterialien. Ziel ist es, die geforderten Funktionen – etwa Feuchte- und Fettbarriere, Stabilität, Produktschutz und Prozessfähigkeit – mit möglichst faserbasierten oder biobasierten Lösungen abzubilden, die sich besser in bestehende Kreisläufe integrieren lassen. Dabei sind praxisnahe Prüfungen, die Material- und Prozessstabilität unter realen Klimabedingungen absichern, ein wesentlicher Erfolgsfaktor.

Definition: Was versteht man unter Kunststoffalternativen?

Unter Kunststoffalternativen versteht man Materialien, die ähnliche Funktionen wie Kunststoff erfüllen, jedoch aus umweltschonenderen Rohstoffen bestehen. Es handelt sich um Ersatzstoffe, die im Vergleich zu Kunststoff eine geringere Umweltbelastung aufweisen und oft besser im Recyclingprozess aufgenommen werden können.

Wesentlich ist die Unterscheidung zwischen biobasiert (Herkunft des Rohstoffs) und biologisch abbaubar/kompostierbar (End-of-Life-Eigenschaften). Beide Merkmale können, müssen aber nicht zusammenfallen. Für Anwendungen in der Wellpappe sind zudem Faktoren wie Barrierewirkung (z. B. gegen Wasser, Fett oder Sauerstoff), mechanische Belastbarkeit, Verarbeitbarkeit auf Wellpappmaschinen sowie die Recyclingfähigkeit im Faserstoffkreislauf zentral.

Zusätzlich ist zwischen „Drop-in“-Lösungen (ersetzt eine Funktion ohne große Prozessumstellungen) und neuartigen Materialsystemen zu unterscheiden, die eine Anpassung von Maschinenparametern, Trocknung, Falz- und Rilltechnik oder Klebstoffrezepturen erfordern. Auch die Unterscheidung zwischen industrieller und heimischer Kompostierung ist wichtig, da die Abbaubedingungen und Zeiträume deutlich variieren.

• Funktion: Ersatz klassischer polymerer Schichten oder Formteile durch faserbasierte, biobasierte oder mineralische Systeme.
• Herkunft: Nachwachsende Rohstoffe wie Stärke, Zellulose, Lignin, Proteine oder Naturöle und -wachse.
• End-of-Life: Recycling im Altpapierstrom, industrielle Kompostierung oder mehrfache Wiederverwendung je nach Materialsystem.
• Leistung: Nachweis definierter Grenzwerte (z. B. Wasseraufnahme, Fettbeständigkeit, OTR/WVTR) durch standardisierte Prüfmethoden.

Arten von Alternativen zu Kunststoff in der Wellpappe

Die gängigsten Formen von Kunststoffalternativen in der Wellpappenproduktion sind biobasierte Kunststoffe, wie Polymilchsäure (PLA) und Polyhydroxyalkanoate (PHA). Sie sind in der Regel biologisch abbaubar; PLA ist meist industriell kompostierbar und thermisch empfindlich. Eine weitere effiziente Lösung stellen Papier und Pappe dar, da sie umweltfreundlich und leicht zu recyceln sind. Je nach Anforderung können diese Materialien als Monomaterial-Ansatz oder in funktionalen Verbundstrukturen eingesetzt werden, um Schutz- und Barriereeigenschaften gezielt zu adressieren.

Ergänzend kommen papiernahe Barriere- und Funktionsschichten, stärke- oder dextrinbasierte Klebstoffe, pflanzenbasierte Wachse, Proteine (z. B. Casein, Soja) sowie mineralische Pigmente und Beschichtungen (z. B. Kaolin, Silikate) zum Einsatz. Für Polster- und Fixierfunktionen werden geformte Fasermaterialien (Faserguss), Stärkeschäume sowie papierbasierte Polsterstrukturen genutzt. Moderne Ansätze umfassen darüber hinaus mikrofibrillierte Zellulose, biobasierte Dispersionen und optimierte Papierrezepturen zur Feinsteuerung von Reibung, Rillverhalten und Nassfestigkeit.

Biobasierte Polymere

• PLA (Polymilchsäure): Geeignet für transparente Folien oder Barriere-Laminate; industriell kompostierbar, thermoempfindlich.
• PHA (Polyhydroxyalkanoate): Vielseitig, biologisch abbaubar; als Beschichtung oder dünne Folie einsetzbar.
• PBS/PBSA: Biobasierte Polyester mit guter Verarbeitbarkeit; häufig in Mischungen zur Eigenschaftsmodifikation.
• TPS (thermoplastische Stärke): Aus Stärke gewonnen; als Beschichtung oder in Schäumen nutzbar, Feuchteempfindlichkeit beachten.
• PBAT in Blends: Biologisch abbaubares Copolyester (oft fossil basiert), in Kombination mit PLA/TPS zur Flexibilisierung eingesetzt.

Faserbasierte Lösungen

• Papiere und Karton mit funktionalen Beschichtungen (Wasser-, Fettbarriere) auf Basis von Stärke, Zellulose-Derivaten, pflanzlichen Wachsen oder Mineralien.
• Zellulosebasierte Folien als erneuerbare, teilweise transparente Alternativen zu dünnen Kunststofflagen.
• Geformte Fasern/Faserguss als Polster-, Tray- oder Einsatzkomponenten anstelle von Kunststoffformteilen.
• Mikrofibrillierte Zellulose/Nanocellulose als Barrierekomponente zur Reduktion von Sauerstoffdurchgang in geeigneten Schichtsystemen.
• Wabenpappe und Papierwabenstrukturen für leichte, energieabsorbierende Innenkonstruktionen.

Klebstoffe und Hilfsstoffe

• Stärke- und Dextrinklebstoffe für die Verbindung der Wellpappenbahnen; etablierter Standard mit hohem Faser-Recyclingpotenzial.
• Proteinklebstoffe (z. B. Casein, Soja) für spezielle Anforderungen oder Oberflächen.
• Pflanzenbasierte Wachse/Öle zur Oberflächenveredelung und Feuchtigkeitsabweisung.
• Wasserbasierte Dispersionsklebstoffe mit biobasiertem Anteil für spezifische Substrate und kaschierte Verbunde.
• Mineralische und biobasierte Barrierelacke zur Verbesserung von Fett- und Feuchtebeständigkeit ohne dicke Kunststoffschichten.

Polster- und Fixierlösungen

• Stärkeschäume und papierbasierte Polster statt expandierter Kunststoffe.
• Faserguss-Formteile zur Fixierung und Dämpfung empfindlicher Güter.
• Papierwabenkerne und Kartonstecksysteme zur formschlüssigen Sicherung innerhalb von Wellpappverpackungen.

Vertiefende Informationen zu Füll- und Polstersystemen geben einen Überblick, wie sich Schutz- und Dämpfungsfunktionen ohne konventionelle Kunststoffe realisieren lassen. Ergänzend lohnt die Betrachtung von Fallstudien, in denen Prüfwerte, Materialaufbauten und reale Belastungen transparent gegenübergestellt werden.

Einsatzmöglichkeiten von Kunststoffalternativen in der Wellpappherstellung

Kunststofffreie Alternativen sind in vielen Bereichen der Wellpappherstellung einsetzbar. Sie können beispielsweise für die Beschichtung von Wellpappe, für Trägermaterialien oder für Trennschichten zwischen den Wellpappbahnen verwendet werden. Besonders für Unternehmen, die Wert auf Nachhaltigkeit legen, bieten diese Alternativen zukunftsfähige Lösungen. Typische Anwendungen reichen von trockenen Lebensmittel- und Non-Food-Verpackungen über E-Commerce-Versandkartons bis hin zu technischen Gütern, bei denen Stoßdämpfung, Rutschhemmung oder Korrosionsschutz relevant sind.

• Barrierebeschichtungen: Wasser- oder fettabweisende Schichten auf faserbasisnahen Systemen für Lebensmittel- oder Industrieanwendungen.
• Klebetechnologie: Stärke-/Dextrinklebstoffe für die Welle-Kaschierung; Reduktion von Hotmelt-Anteilen, wo technisch möglich.
• Innenausstattungen: Papierpolster, Faserguss-Trays und Stärkeschäume als Ersatz für Kunststoffeinlagen.
• Trenn- und Zwischenlagen: Unbeschichtete oder funktional beschichtete Papiere anstelle dünner Kunststofffolien.
• Etiketten/Umreifungsersatz: Papierbänder oder faserbasierte Lösungen in geeigneten Anwendungsfällen.
• Drucklacke und Oberflächen: Wasserbasierte Systeme mit biobasierten Harzen zur Optimierung von Abrieb, Gleitverhalten und Bedruckbarkeit.
• Sichtfenster: Zellulosebasierte Folien als transparente Alternative in selektierten Anwendungen mit moderaten Feuchteanforderungen.

Materialeigenschaften, Barrieren und Leistungsgrenzen

Die Leistungsfähigkeit hängt stark von Umgebungsbedingungen ab. Feuchte, Temperatur, mechanische Belastung und Kontaktmedien (z. B. Fette) entscheiden darüber, ob eine faser- oder biobasierte Alternative die spezifizierte Schutzfunktion erfüllt. Neben der Barriere selbst beeinflussen auch Substratqualität, Schichtdicke, Trocknungsregime und die Kompatibilität mit Druck- und Veredelungsprozessen das Ergebnis im Produktionsmaßstab.

• Feuchtigkeitsmanagement: Hydrophobierung durch geeignete Beschichtungen; Prüfung der Nassfestigkeit.
• Fett-/Ölbarriere: Pflanzenwachse, Proteine oder mineralische Systeme; ggf. Kombinationen zur Erreichung definierter Grenzwerte.
• Sauerstoff-/Aromabarriere: Zellulose- und Biopolymerfilme können je nach Schichtaufbau geeignet sein, haben jedoch Grenzen gegenüber Hochbarriere-Kunststoffen.
• Maschinenfähigkeit: Reibwerte, Falz- und Rillverhalten, Staubbildung sowie Trocknungszeiten beeinflussen die Linienleistung.
• Mechanik: Relevante Kennwerte wie ECT, BCT und FCT sowie Kantenstauchwiderstand, um Transport- und Stapelanforderungen sicherzustellen.
• Thermische Stabilität: Temperaturfenster von Beschichtungen und Klebstoffen beachten (z. B. bei Heißverklebung, Trocknung, Logistik im Sommer/Winter).
• Sensorik: Geruch, Migration und potenzielle Wechselwirkungen mit verpackten Gütern evaluieren, besonders bei Lebensmittelanwendungen.

Entsorgung, Recycling und Kompostierung

Ein zentrales Kriterium ist die Kompatibilität mit dem Altpapierkreislauf. Dünne funktionale Beschichtungen auf Papierbasis sind oft so ausgelegt, dass sie beim Deinking und Pulpern abgetrennt oder mitgeführt werden können, ohne den Prozess wesentlich zu stören. Entscheidend sind geringe Störstoffanteile, ein weitgehend monomaterialer Aufbau und klare Hinweise zur richtigen Entsorgung.

• Recycling: Bevorzugt sind monomateriale, faserbasierte Konstruktionen. Der Anteil nichtfaseriger Komponenten sollte minimal sein.
• Kompostierung: Für industrielle Kompostierung ist die Konformität mit Normen wie EN 13432 relevant; Heimkompostierung stellt höhere Anforderungen.
• Wiederverwendung: Mehrfachnutzung von Packmitteln kann ökologisch vorteilhaft sein, sofern mechanische Integrität und Hygiene gewährleistet bleiben.
• Kennzeichnung: Einheitliche Piktogramme und präzise Entsorgungshinweise unterstützen die korrekte Zuordnung in den Kreislauf.
• Prozessverträglichkeit: Prüfung von Abtrennbarkeit, Flockerbildung und Klebstoffverhalten im Pulper, um Störungen zu vermeiden.

Regulatorische Anforderungen und Kennzeichnung

Je nach Anwendung sind lebensmittelrechtliche Konformitäten, Migrationstests und Nachweise zur Kompostier- oder Recyclingfähigkeit erforderlich. Einheitliche Kennzeichnungen und klare Entsorgungshinweise unterstützen die richtige Zuordnung im Kreislauf. Zusätzlich sind gute Herstellpraxis (GMP), Konformitätserklärungen und Rückverfolgbarkeit der eingesetzten Rohstoffe Bestandteile eines robusten Nachweissystems.

• Lebensmittelkontakt: Eignung der Beschichtungen und Klebstoffe für direkte/indirekte Berührung.
• Normen: Kriterienkataloge für Kompostierbarkeit (z. B. EN 13432) und Recyclingfähigkeit von papierbasierten Verbunden.
• Dokumentation: Materialpässe, Prüfberichte und Prozessfreigaben vereinfachen die Implementierung.
• Gute Herstellpraxis: Prozesskontrollen, Reinigungs- und Freigabepläne zur Minimierung von Kontaminationen.
• Konformitätserklärung: Transparente Auflistung der verwendeten Materialien, Kontaktbedingungen und Prüfgrundlagen.

Vor- und Nachteile von Kunststoffalternativen

Kunststoffalternativen bieten sowohl Vorteile als auch Nachteile. Zu den Vorteilen gehören die Umweltverträglichkeit und die Tatsache, dass sie meist leichter zu recyceln sind als herkömmlicher Kunststoff. Zudem werden sie aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Die Nachteile von Kunststoffalternativen liegen darin, dass sie nicht immer die gleichen funktionalen Eigenschaften wie Kunststoff bieten. Außerdem kann die Herstellung solcher Alternativen oft energieintensiver sein. Eine sorgfältige Betrachtung des funktionalen Leistungsniveaus über den gesamten Lebenszyklus hinweg ist daher empfehlenswert.

• Vorteile: Hohe Kompatibilität mit dem Altpapierkreislauf, potenziell geringere CO₂-Last je nach Material und Anwendung, Reduktion fossiler Ressourcen, gute Bedruck- und Verarbeitbarkeit.
• Herausforderungen: Sensitivität gegenüber Feuchte/Temperatur, begrenzte Hochbarriereeigenschaften, ggf. höhere Material- oder Prozesskosten, Verfügbarkeit und Qualitätskonstanz einzelner biobasierter Rohstoffe.
• Abwägung: Eine fallbezogene Ökobilanz mit Funktionsbezug (z. B. Barriereniveau, Laufleistung) unterstützt fundierte Entscheidungen.
• Prozessrisiken: Anpassungsbedarf bei Trocknung, Rillung und Klebung; Skalierung vom Labor- zum Produktionsmaßstab frühzeitig testen.

Praxisempfehlungen zur Auswahl

1. Anforderungsprofil definieren: Barrierebedarf, mechanische Festigkeit, klimatische Bedingungen, Kontaktmedien, erwartete Lebens- und Nutzungsdauer.
2. Materialscreening: Faserbasierte und biobasierte Optionen vergleichen; Pilotmuster und Laborprüfungen einplanen.
3. Prozesscheck: Maschinenfähigkeit (Falzen, Rillen, Kleben, Trocknen), Druck- und Weiterverarbeitung testen.
4. End-of-Life klären: Recyclingfähigkeit im Papierstrom, Kompostierbarkeit und lokale Infrastrukturen berücksichtigen.
5. Dokumentation sichern: Spezifikationen, Prüfberichte, Konformitäten und Kennzeichnungen bereitstellen.
6. Praxisversuche: Produktionsnahe Trials mit realen Lastfällen (Transport, Klimawechsel) und definierter Qualitätsmetrik durchführen.
7. Qualitätssicherung: Regelmäßige Wareneingangsprüfungen, Stabilitäts- und Alterungstests sowie Prozessfähigkeitsanalysen etablieren.
8. Wirtschaftlichkeit: Gesamtkostenbetrachtung (Material, Prozess, Ausschuss, Entsorgung) und Versorgungssicherheit der Rohstoffe einbeziehen.

Zusammenfassung:

• Kunststoffalternativen wie Wellpappe sind nicht nur umweltfreundlicher, sondern können auch mehrfach wiederverwendet werden, was einen bedeutenden Vorteil für Unternehmen darstellt, die ihre Effizienz steigern wollen.
• Produkte aus biologisch abbaubaren oder dauerhaft recycelbaren Materialien wie Papier sowie aus recycelbaren Werkstoffen wie Glas oder Metall können in vielen Fällen ähnlich wie Kunststoffprodukte eingesetzt werden und bieten zudem einen zusätzlichen ökologischen Nutzen.
• Der Einsatz solcher Alternativen kann das Image eines Unternehmens verbessern und eine stärkere Verbindung zu umweltbewussten Kunden schaffen, was den Markenwert steigert.
• In der Wellpappherstellung ersetzen biobasierte Polymere, faserbasierte Barrierepapiere sowie Stärke- und Proteinklebstoffe zentrale Kunststofffunktionen.
• Die Auswahl sollte sich an Leistungsanforderungen, Recyclingfähigkeit und verfügbarer Entsorgungsinfrastruktur orientieren; normierte Nachweise erleichtern die Bewertung.
• Grenzen bestehen vor allem bei Hochbarriere-Anforderungen und unter feuchten Bedingungen; kombinierte Materialstrategien können hier Abhilfe schaffen.
• Praxisrelevante Prüfgrößen wie Cobb, KIT, OTR/WVTR und ECT/BCT unterstützen eine belastbare Materialentscheidung im Anwendungsfall.
• Eine integrierte Betrachtung von Konstruktion, Material und Prozessfähigkeit ermöglicht stabile, kreislauffähige Wellpappverpackungen mit reduziertem Kunststoffanteil.