Naturbasierte Beschichtungen

Im Bereich der Verpackungsmaterialien spielen Beschichtungen aus der Natur (naturbasierte, organische Beschichtungen), insbesondere bei Wellpappe, eine große Rolle. Diese Schichten, die überwiegend aus nachhaltigen Ressourcen gewonnen werden, sind im Hinblick auf Umweltverträglichkeit, Ressourceneffizienz und Kreislauffähigkeit besonders relevant. Sie dienen als funktionale Lagen, die gezielt Eigenschaften wie Feuchte-, Fett- und Sauerstoffbarrieren, Abrieb- und Kantenschutz, Rutschhemmung, Hitzesiegelbarkeit sowie Oberflächenenergie und Benetzungsverhalten verbessern. Gleichzeitig müssen sie die Weiterverarbeitung (Drucken, Rillen, Stanzen, Kleben) sowie die Kreislaufführung (Recycling, Repulping, ggf. Kompostierung) zuverlässig unterstützen und dürfen die Papierfaser nicht nachteilig beeinträchtigen.

Definition: Was versteht man unter naturbasierten Beschichtungen?

Naturbasierte Beschichtungen sind protektive oder funktionelle Materialien, die aus natürlichen, nachwachsenden Ressourcen gewonnen werden. Sie umfassen eine Vielzahl von Stoffen wie Wachse, Stärke, Proteine oder Biopolymere. Solche Schichten werden auf die Oberfläche von Wellpappe aufgetragen, um deren Eigenschaften gezielt zu modifizieren, etwa um Barrieren zu erhöhen, die Bedruckbarkeit zu stabilisieren, die Haptik anzupassen oder die Reibungswerte zu steuern. Sie wirken als dünne Filme bzw. Versiegelungen, die Oberflächenenergie, Benetzung, Haftung und Beständigkeit beeinflussen.

Im engeren Sinne zählen hierzu unter anderem pflanzliche Wachse (z. B. Carnauba-, Candelilla- oder Tallöl-basierte Systeme), stärke- und zuckerbasierte Formulierungen (Mais-, Kartoffel-, Tapioka-Stärke), Proteine (Casein, Gelatine, Soja-, Weizen- oder Erbsenprotein) sowie biogene Polymere wie Chitosan, Lignin, PLA, PHA oder Cellulosederivate (z. B. CMC). Häufig sind die Systeme wasserbasiert und werden mit natürlich abgeleiteten Weichmachern (z. B. Glycerin), Vernetzern (z. B. organische Säureester), Emulgatoren und mineralischen Füllstoffen formuliert, um Viskosität, Benetzbarkeit, Flexibilität, Filmbildung, Oberflächenspannung und Haftung zu steuern. Ergänzend kommen Naturharze, Pektine oder Hemicellulosen als funktionelle Komponenten in Betracht.

Herstellungsprozesse und Verwendungszwecke von naturbasierten Beschichtungen

Die Herstellung naturbasierter Beschichtungen umfasst in der Regel mehrere Prozessschritte, einschließlich Extraktion, Reinigung und gegebenenfalls chemisch-enzymatischer Modifikation der natürlichen Stoffe. Anschließend werden sie in eine verarbeitbare Formulierung überführt und auf die Wellpappe appliziert. Die Verwendungszwecke sind vielfältig: Sie reichen von Barriereverbesserung (Feuchte, Fett, Gase) über Abrieb- und Kratzschutz bis hin zur Optimierung der Druckqualität, der Haptik und definierter Gleitreibwerte.

Typische Prozessschritte

• Rohstoffgewinnung und -aufbereitung: Extraktion, Fraktionierung und Reinigung pflanzlicher oder biogener Komponenten; Anpassung von Molekulargewicht und Funktionalität (z. B. Oxidation, Veresterung, enzymatische Modifikation).
• Formulierung: Dispergieren in Wasser, Einstellung von pH-Wert, Feststoffgehalt und Viskosität, Additivierung (Weichmacher, Netzmittel, Entschäumer), Hygiene- und Mikro