Multilayer-Verpackung

In der Welt der Verpackungen nimmt die Wellpappe einen bedeutsamen Stellenwert ein. Gerade im Bereich der Mehrschichtverpackungen zeigt sie ihre ausgeprägten Eigenschaften. Indem sie robust und gleichzeitig flexibel ist, hat sie sich als wichtiger Bestandteil in der Verpackungsindustrie etabliert. Dank unterschiedlicher Wellenprofile und Deckenpapiere lässt sich Wellpappe präzise an Produkt, Logistikweg und klimatische Bedingungen anpassen und bildet damit eine verlässliche Grundlage für mehrlagige, funktionale Aufbauten.

Multilayer-Konzepte verbinden bei Bedarf faserbasierte Träger wie Wellpappe mit funktionalen Schichten (zum Beispiel Barrieren, Schutz- oder Siegelschichten). So entstehen Verbundstrukturen, die mechanische Stabilität, Schutz vor Umwelteinflüssen und ansprechende Bedruckbarkeit miteinander kombinieren. Für Anwendungen von der Lagerhaltung bis zur Distribution ermöglicht dies eine präzise Anpassung an produktspezifische Anforderungen. Ergänzend können beschichtete Oberflächen die Gleitreibung, Kratzfestigkeit oder Feuchtebeständigkeit steuern, während definierte Rillungen und Stanzbilder eine sichere Verarbeitung auf automatisierten Linien unterstützen.

Definition: Was versteht man unter Multilayer-Verpackung?

Eine Multilayer-Verpackung, im Deutschen Mehrschichtverpackung genannt, bezieht sich auf eine Verpackungslösung, die mehrere Schichten von Material verwendet. Diese Schichten, die gleichzeitig voneinander getrennt und miteinander verbunden sind, erfüllen unterschiedliche Funktionen. So bieten sie ein hohes Maß an Schutz und Qualität für die verpackten Waren und ermöglichen eine gezielte Abstimmung von Stabilität, Barrierewirkung, Optik und Verarbeitbarkeit.

Im technischen Sprachgebrauch wird auch von Verbundverpackung, Verbundmaterial oder kaschiertem Aufbau gesprochen. Typisch sind funktionale Lagen wie Trägerschichten (z. B. Papier/Karton), Barrieren gegen Sauerstoff, Wasserdampf oder Aromen, mechanische Schutzschichten und Siegelschichten. Im Vergleich zur Einstoff- oder Monolayer-Lösung erlaubt der Verbund eine gezielte Kombination von Eigenschaften, etwa höhere Durchstoßfestigkeit und definierte Barrierewerte (z. B. OTR/WVTR) bei gleichbleibenden Abmessungen und geringen Materialstärken. In der Praxis werden Barrierekennwerte häufig unter normierten Bedingungen bestimmt, um die Eignung für Haltbarkeit, Transport- und Lagerbedingungen valide zu beurteilen.

Abgrenzung zu Monomaterial-Lösungen

Monomaterialien bestehen im Wesentlichen aus einem Werkstoff und sind einfacher zu recyceln. Multilayer-Verpackungen bündeln dagegen mehrere Funktionen in einem Aufbau, wenn ein einzelnes Material die Anforderungen nicht erfüllt. Der Zuschnitt erfolgt passgenau, um Materialeinsatz, Schutzbedarf und wirtschaftliche Aspekte auszugleichen.

Gleichzeitig ist abzuwägen, ob eine monomaterialnahe Konstruktion die geforderten Eigenschaften ebenfalls erreichen kann. Designentscheidungen berücksichtigen daher die Trennbarkeit der Schichten, die Kompatibilität mit bestehenden Sammel- und Sortierströmen sowie regulatorische Vorgaben. Wo möglich, werden reduziertere Verbundstrukturen, lösliche Klebstoffsysteme und materialhomogene Lösungen bevorzugt.

Anwendungsbereiche der Multilayer-Verpackung

Multilayer-Verpackungen sind vielfältig einsetzbar. Speziell in der Lebensmittelindustrie und der Warenlogistik sind sie weit verbreitet. Dank ihrer ausgezeichneten Schutzfunktionen sichern sie den Inhalt vor äußeren Einflüssen und bewahren die Qualität des Produktes. Auch im Kosmetiksektor kommen sie zum Einsatz, um die empfindlichen Schönheitsprodukte optimal zu schützen.

Weitere Einsatzfelder finden sich in der Pharmalogistik (z. B. für empfindliche Sekundärverpackungen), im E-Commerce (stoß- und kratzsichere Versandlösungen), in der Elektronik (ESD-angepasste Lösungen auf faserbasierter Basis) sowie bei technischen Ersatzteilen. Für standardisierte Anwendungen kann eine universelle Auslegung sinnvoll sein – hier lässt sich mehr über vielseitig nutzbare Universalverpackungen erfahren, wenn eine breite Varianz an Produkten geschützt werden soll. Darüber hinaus werden für temperaturgeführte Lieferketten feuchte- und kondensationsangepasste Oberflächen eingesetzt, während für Schwerlastanwendungen mehrlagige Wellpapp-Kombinationen die tragende Stabilität bereitstellen.

Beispiele aus der Praxis

• Lebensmittel: Trockenware mit Feuchtebarriere, sensible Produkte mit Aromaschutz.
• Kosmetik: Sekundärverpackungen mit hoher Oberflächenqualität und Kratzschutz.
• Logistik/E-Commerce: stoßdämpfende Strukturen für Transport und Handling.
• Technik/Elektronik: mehrlagige Lagen zur Kombination aus Stabilität und Schutz.
• Pharma/Healthcare: licht- und feuchteangepasste Sekundärverpackungen mit definierter Siegelnahtfestigkeit.
• Kühlkette: kondensationsresistente Oberflächen und Feuchteschutz zur Wahrung der Materialintegrität.
• Ersatzteile/Aftermarket: abrieb- und durchstoßfeste Verbunde für form- und kantenkritische Komponenten.

Herstellungsprozess von Multilayer-Verpackungen

Der Vorgang zur Herstellung einer Mehrschichtverpackung ist technologisch anspruchsvoll. Verschiedene Materialien werden in mehreren Schichten miteinander verbunden. Dabei werden hochwertige Kunststofffilme, Aluminium und natürlich auch Wellpappe genutzt. Durch diese sorgsame Verknüpfung entsteht eine Verpackungsoption, die den Anforderungen verschiedenster Produkte gerecht wird.

In der Praxis kommen mehrere Verfahren zum Einsatz: Beim Kaschieren werden Lagen mittels Klebstoffen (häufig wasserbasiert) verbunden. Coating-Prozesse bringen Lacke oder Barrierebeschichtungen auf Trägermaterialien auf. Heißsiegel- oder Kaltleim-Verfahren fügen Komponenten prozesssicher zusammen. Bei Wellpappe ist der dreilagige Grundaufbau (Deckenpapier – Wellenbahn – Deckenpapier) bereits multilayerartig; dieser lässt sich durch zusätzliche Lagen, Kaschierpapiere oder Funktionsfolien erweitern. Qualitätssicherung umfasst Stichproben zu Klebezugfestigkeit, Ebenheit, Kantenstauchwiderstand (ECT) und je nach Aufbau Barriereprüfungen (z. B. OTR/WVTR). Ergänzend werden Prozessparameter wie Auftragsmenge, Trocknung, Temperaturfenster und Bahnlauf kontinuierlich überwacht, um Maßhaltigkeit, Rillbarkeit und Siegelverhalten zu gewährleisten.

Typische Materialkombinationen

• Papier/Karton + funktionale Beschichtung für Feuchte- oder Fettabweisung.
• Faserbasierter Träger + Kunststofffilm (z. B. PE/PP/PET) mit Siegelschicht.
• Mehrlagige Papierlaminate für erhöhte Reiß- und Durchstoßfestigkeit.
• Optionale Aluminiumfolien für hohe Aromadichte (abhängig von Anforderung).
• Faserbasierter Träger + barrierewirksamer Lack (z. B. gegen Wasserdampf) zur Verbesserung der Lagerstabilität.
• Papierverbunde mit reißfesten Zwischenlagen zur Optimierung von Kanten- und Flächenbelastung.

Vor- und Nachteile von Multilayer-Verpackung

Auf der Vorteilsseite steht die große Flexibilität der Mehrschichtverpackungen. Durch die Kombination verschiedener Materialien lassen sie sich exakt an die Bedürfnisse des zu verpackenden Produktes anpassen. Das kann sowohl die notwendige Stabilität als auch detaillierte Anforderungen an die Haltbarkeit umfassen. Unter geeigneten Rahmenbedingungen sind sie in Teilen recycelbar beziehungsweise für recyclingfreundliche Konzepte auslegbar, was eine umweltbezogene Optimierung ermöglicht.

Auf der anderen Seite stellt der technologische Aufwand bei der Herstellung von Mehrschichtverpackungen einen Nachteil dar. Zudem können sie in der Regel nicht mit nur einem Recycling-Stream entsorgt werden, weil sie aus verschiedenen Materialien bestehen. Das erhöht den Arbeitsaufwand bei der Entsorgung und setzt eine gut organisierte Abfalltrennung voraus.

• Vorteile: passgenaue Schutzwirkung, definierte Barriereeigenschaften, hohe mechanische Stabilität, gute Bedruckbarkeit und kontrollierbare Öffnungs- bzw. Siegeleigenschaften.
• Risiken/Nachteile: komplexere Prozesse, potenziell höhere Materialvielfalt, erschwerte Sortierung im Recycling, erhöhte Anforderungen an Qualitätskontrolle und Dokumentation.
• Optimierungsansätze: Design-for-Recycling (z. B. trennbare Verbünde), Reduktion der Schichtanzahl, Einsatz von Monomaterial-Alternativen, Anpassung an geforderte Lebensdauer statt Überdimensionierung.
• Regulatorische Aspekte: Einhaltung von branchenspezifischen Vorgaben (z. B. für Lebensmittelkontakt) und Nachweis der Eignung über standardisierte Prüfungen.
• Ressourceneffizienz: Minimierung von Materialeinsatz durch präzise Abmessungen, standardisierte Zuschnitte und prozesssichere Verarbeitung.

Material- und Funktionseigenschaften

Die Auswahl der Schichten orientiert sich an mechanischen Kennwerten (Reiß-, Durchstoß- und Kantenstauchwiderstand), klimatischen Bedingungen (Temperatur- und Feuchteeinfluss) sowie Barriereparametern. Für Produkte mit geruchs- oder geschmacksrelevanten Anforderungen sind Aromadichte und Migrationsverhalten zu berücksichtigen. Perforationen und definierte Rillungen unterstützen eine nutzerfreundliche Öffnung und das sichere Handling.

Bei Wellpappe spielen darüber hinaus Flötenart und Grammaturen eine Rolle, um Eigenspannung, Dämpfungsvermögen und Stapelfestigkeit auszubalancieren. Für Verbunde werden Oberflächenenergien, Kleb-/Siegeltemperaturen und Reibwerte abgestimmt, damit die Schichten dauerhaft haften und gleichzeitig die Weiterverarbeitung (z. B. Rillen, Stanzen, Falten) störungsarm abläuft.

Gestaltungs- und Auswahlkriterien

• Produktschutz: Empfindlichkeit, Gewicht, Kanten- und Flächenbelastung, Fall- und Stapeltests.
• Umweltbedingungen: Transportstrecken, Temperatur- und Feuchteprofile, Lagerdauer.
• Verarbeitung: Rillung, Stanzbild, Perforation, Siegelbedingungen, Bedruckung.
• Wirtschaftlichkeit: Materialeinsatz, Losgröße, Toleranzen, Prozesssicherheit.
• Maße: passgenaue Abmessungen zur Flächennutzung und Reduktion von Füllmaterial.
• Regulatorik/Compliance: Eignung für vorgesehenen Kontakt (z. B. Lebensmittel) und Nachweisführung.
• Logistik: Palettierung, Kompatibilität mit Fördertechnik, Packdichte und Kennzeichnung.
• End-of-Life: Trennbarkeit, Materialhomogenität und Anschlussfähigkeit an Sammel- und Sortiersysteme.

Nachhaltigkeit und Entsorgung

Mehrschichtige Aufbauten sollten so gestaltet sein, dass Trennbarkeit oder sortenreine Pfade möglich bleiben. Papierbasierte Verbunde mit löslichen Klebstoffsystemen oder monomaterialnahe Konstruktionen erleichtern die Wiederverwertung. Eine ökologische Bewertung berücksichtigt neben der Recyclingfähigkeit auch Ressourcenverbrauch, Transporteffizienz und die Reduktion von Ausschuss durch geeigneten Schutz.

Für faserbasierte Systeme bieten sich materialverträgliche Beschichtungen und drucktechnische Lösungen mit angepassten Farbsystemen an, um die Faserverwertung nicht zu beeinträchtigen. Wo Verbundtrennungen nicht praktikabel sind, kann eine robuste, aber schlanke Auslegung den Materialeinsatz reduzieren und dadurch den Gesamtfußabdruck verringern.

Prüfung und Qualitätssicherung

Relevante Prüfgrößen sind unter anderem ECT/BCT für die Stapelstabilität von Wellpappe-Konstruktionen, Reiß- und Durchstoßfestigkeit für Außen- und Zwischenlagen sowie Barriereprüfungen gegen Sauerstoff und Wasserdampf. Prozessbegleitend werden Klebezugwerte, Planlage und Maßhaltigkeit überwacht. Für sensible Güter kommen Falltests, Schüttel- und Vibrationsprüfungen hinzu.

Ergänzende Verfahren umfassen Klimakammertests zur Beurteilung von Feuchte- und Temperatureinflüssen, Cobb-Tests zur Wasseraufnahme, Reibwertmessungen für Handhabung und Automatisierung sowie Siegelnahtfestigkeiten für reproduzierbares Öffnungsverhalten. Prüfpläne definieren Stichprobenumfang, Grenzwerte und Freigabekriterien entlang der Lieferkette.

Normen und Richtlinien

Für die Auslegung und Prüfung von Mehrschichtverpackungen werden normativ geregelte Verfahren herangezogen. Dazu zählen internationale Standards für Kantenstauch- und Stapelprüfung, Durchstoß- und Reißfestigkeit, Barrierekennwerte sowie Transport- und Falltests. Die Anwendung etablierter Normen unterstützt die Vergleichbarkeit von Spezifikationen und die verlässliche Qualitätssicherung im Serienprozess.

Verarbeitung, Bedruckung und Konfektion

Je nach Einsatzzweck kommen Flexo-, Offset- oder Digitaldruck zum Einsatz, gefolgt von Rillen, Stanzen und Falzen. Multilayer-Aufbauten müssen so abgestimmt sein, dass Druckfarbenhaftung, Trocknung und Weiterverarbeitung ohne Beeinträchtigung der Barriere- und Mechanikwerte erfolgen. Für die Konfektion sind definierte Rilltiefen und -abstände sowie saubere Schnittkanten wichtig, um Rissbildung und Materialbruch zu vermeiden.

Lagerung und Klimabedingungen

Verpackungen auf Wellpappebasis reagieren auf Temperatur- und Feuchteschwankungen. Eine sachgerechte Lagerung in trockener Umgebung, die Vermeidung direkter Sonneneinstrahlung und die Einhaltung empfohlener Klimabereiche unterstützen die Maßhaltigkeit und Funktionsstabilität. Für mehrlagige Verbunde ist zudem die Konditionierung vor der Verarbeitung relevant, damit sich die Schichten spannungsarm verarbeiten lassen.

Zusammenfassung:

• Mehrschichtige Verpackungen sind komplex aufgebaute Verpackungskonstruktionen, die aus mehreren Schichten unterschiedlicher Materialien bestehen. Sie sind besonders in den Bereichen Lebensmittelverpackungen und pharmazeutische Verpackungen verbreitet.
• Die Verwendung von unterschiedlichen Materialien erlaubt eine gezielte Optimierung der Verpackungseigenschaften wie Stabilität, Schutz vor äußeren Einflüssen oder Haltbarkeit des verpackten Produkts. Im Kontext von Wellpappe kann multilayer bedeutet beispielsweise, dass verschiedene Arten von Pappen und Schichten kombiniert werden, um eine verbesserte Performance zu erzielen.
• Multilayer-Verpackungen bieten eine höhere Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an spezifische Produktanforderungen. Unternehmen müssen bei der Auswahl zwischen Einzelschicht- und Mehrschichtverpackungen verschiedene Faktoren berücksichtigen, einschließlich Kosten, Umweltauswirkungen und die spezifischen Anforderungen des zu verpackenden Produkts.
• Die Gestaltung orientiert sich an Produktschutz, Umgebungsbedingungen, Verarbeitung und passgenauen Abmessungen; Qualitätsprüfungen (z. B. ECT/BCT, Barrierewerte) sichern die geforderte Leistungsfähigkeit über die gesamte Lieferkette.
• Durch Design-for-Recycling und reduzierte Schichtanzahl lassen sich Recyclingfähigkeit und Ressourceneinsatz verbessern, ohne die funktionale Eignung für den jeweiligen Einsatzbereich zu vernachlässigen.
• Eine belastbare Spezifikation definiert Materialaufbau, Toleranzen, Prüfmethoden und Freigabekriterien und schafft Transparenz für Entwicklung, Produktion und Logistik.
• Die Kombination aus faserbasiertem Träger und funktionalen Schichten ermöglicht robuste, bedruckbare und verarbeitungssichere Lösungen für zahlreiche Anwendungsfelder.