Plastikersatzstoffe

In der Welt der Wellpappenverpackungen gewinnen Kunststoffersatzstoffe zunehmend an Relevanz. Getrieben von Kreislaufwirtschaft, strengeren regulatorischen Anforderungen, veränderten Verbraucherpräferenzen und der Notwendigkeit, Materialströme effizienter zu gestalten, werden Lösungen bevorzugt, die fossile Kunststoffe funktional ersetzen und gleichzeitig recyclingfreundlich sind. Unter dem Sammelbegriff werden Materialien und Verfahren verstanden, die klassische Kunststofffunktionen wie Schutz, Polsterung, Barrierewirkung oder Verschluss in Faserverbunden übernehmen – mit Fokus auf Ressourcenschonung, Wiederverwertbarkeit und möglichst niedrigen Umweltauswirkungen. Zusätzlich spielen Bilanzierungsmethoden (z. B. Massenbilanzansätze bei biobasierten Polymeren), die CO₂-Fußabdrücke von Verpackungssystemen sowie Aspekte der erweiterten Herstellerverantwortung eine Rolle. In der Praxis sind Materialeffizienz, Monomaterial-Designs und klare End-of-Life-Pfade entscheidend, um technische Anforderungen mit kreislauffähigen Konzepten zu verbinden.

Definition: Was versteht man unter Plastikersatzstoffen?

Unter Plastikersatzstoffen versteht man eine Gruppe von Werkstoffen und Beschichtungssystemen, die die traditionelle Rolle von Kunststoff in unterschiedlichen Anwendungen – einschließlich der Ausrüstung von Wellpappenlösungen – übernehmen, ohne die typischen umweltbezogenen Nachteile erdölbasierter Kunststoffe in gleichem Maße aufzuweisen. Dazu zählen faserbasierte Rohstoffe (Papier, Karton, Zelluloseverbunde), biobasierte Polymere, wasserbasierte Dispersionsbarrieren, biogene Klebstoffe sowie wiederverwertbare Verbundsysteme. Auch funktionale Additive, die die Faseroberfläche modifizieren (z. B. zur Hydrophobierung oder Fettabweisung), werden im Kontext von Plastikersatzstoffen betrachtet, sofern sie recyclingverträglich ausgelegt sind.

Die Materialien können aus nachwachsenden Rohstoffen (z. B. Stärke, Zellulose, Zuckerrohr), aus Sekundärrohstoffen (Rezyklaten) oder aus neuartigen Synthesen mit verbesserter Abbaubarkeit stammen. In der Praxis ist wichtig zu unterscheiden zwischen:

• Biobasiert (Herkunft des Rohstoffs, z. B. Bio-PE aus Zuckerrohr),
• Biologisch abbaubar/kompostierbar (Zerfall unter definierten Bedingungen, z. B. gemäß EN 13432),
• Recyclingfähig (Kompatibilität mit etablierten Sammel- und Sortierströmen, etwa dem Papierkreislauf),
• Monomaterial (geringe Materialvielfalt zur Erleichterung der stofflichen Verwertung).

Wesentlich ist außerdem die Unterscheidung zwischen „kompostierbar“ und „papierstromverträglich“: Kompostierbare Schichten sind nicht automatisch im PPK-Strom erwünscht oder geeignet. Für Faserverbunde gilt, dass dünne, gut abtrennbare und dispergierbare Funktionsschichten die Fasergewinnung im Recycling unterstützen. Prüfprotokolle der Papierindustrie sowie materialbezogene Richtlinien liefern dafür Rahmenwerte. Ergänzend sollten Migration, Geruchsneutralität und Konformität mit lebensmittelrechtlichen Anforderungen bei entsprechender Anwendung berücksichtigt werden.

Arten von Plastikersatzstoffen in der Wellpappenverpackung

In der Praxis kommen mehrere, teils kombinierte Materialgruppen zum Einsatz. Sie erfüllen Funktionen wie Stoßdämpfung, Feuchte- oder Fettbarriere, Oberflächenschutz, Stabilisierung und Verschluss. Nachfolgend eine strukturierte Übersicht mit typischen Eigenschaften, Vorteilen und Grenzen im Zusammenspiel mit Wellpappenqualitäten. Für den Einsatz ist die Abstimmung von Materialwahl, Geometrie und Prozessfenstern entscheidend, da die Eigenschaften stark anwendungs- und auftragsmengenabhängig sind.

Faserbasierte Lösungen: Papier, Karton, Spezialfasern

Faserstoffe bilden den Kern vieler Alternativen, da sie im Altpapierstrom in der Regel gut erfasst und werkstofflich verwertet werden können. Beispiele sind Basispapiere, gestrichene Qualitäten, Barrierepapiere, Faserguss- und Wabenstrukturen sowie Mischfasern wie Graspapier. Diese Werkstoffe sind leicht bedruckbar, gut weiterzuverarbeiten und unterstützen Monomaterial-Ansätze, sofern Beschichtungen recyclingverträglich gestaltet sind. Durch gezielte Rezepturen (z. B. Nassfestmittel, interne Leimungen) können Faserpapiere für feuchte Umgebungen konditioniert werden, ohne zwingend auf Folienlaminate zurückzugreifen.

• Typische Anwendungen: Liner und Wellenpapiere, Einlagen, Polster- und Wabenelemente, Trays, Formteile, Zwischenlagen.
• Stärken: Gute Recyclingfähigkeit, etablierte Logistik, häufig hoher Rezyklatanteil, geringe Geruchs- und VOC-Emissionen.
• Grenzen: Empfindlichkeit gegenüber Feuchte ohne zusätzliche Ausrüstung; Barrierewerte (Wasser, Fett, Sauerstoff) sind ohne Beschichtung begrenzt.

Bei bedruckten faserbasierten Lösungen sind Deinking-Eigenschaften und die Auswahl migrationsarmer Druckfarben relevant. Faserverbunde wie Waben- oder Crimpstrukturen erlauben effiziente Stoßdämpfung bei geringem Materialeinsatz, erfordern jedoch eine genaue Auslegung auf die Belastungsrichtung und -häufigkeit.

Biobasierte und kompostierbare Polymere

Diese Materialien zielen darauf ab, klassische Kunststofffunktionen zu bieten, jedoch mit biogenen Rohstoffen und/oder verbesserter Abbaubarkeit. Verbreitete Beispiele sind PLA, PHA, Stärke-Blends oder biobasiertes PE/PET. Als Folien, Coatings oder Haftschichten eingesetzt, ergänzen sie Wellpappenprodukte, wenn definierte Barriere- oder Gleit-/Abriebschutzniveaus erforderlich sind. In sensiblen Anwendungen ist die sensorische Neutralität (Geruch, Geschmack) sowie die Konformität der verwendeten Additive zu prüfen.

• Typische Anwendungen: Dünne Innenbeschichtungen für Fett- und Feuchteschutz, Liners mit Barrierefunktion, Sichtfensterfolien geringer Dicke.
• Stärken: Teilweise biobasiert, in bestimmten Systemen kompostierbar (industriell), barrierewirksam.
• Grenzen: Nicht jede Sorte ist mit dem Altpapierstrom kompatibel; industrielle Kompostierung ist kontextabhängig verfügbar; mechanische Eigenschaften können von Standardkunststoffen abweichen.

Wichtig ist die Unterscheidung zwischen industrieller und häuslicher Kompostierung sowie die Frage, ob die jeweilige Beschichtung im Recyclingprozess dispergierbar ist. Für den Einsatz auf Wellpappe sind Haftung, Faltbeständigkeit an Rillungen und die Anbindung an Klebstoffsysteme zu verifizieren.

Wasserbasierte Dispersions- und Funktionsbeschichtungen

Dispersionslacke und -beschichtungen auf Polymer- oder biopolymerer Basis ermöglichen gezielte Funktionen – etwa Fettabweisung, Wasserdampfschutz oder Erhöhung der Oberflächenfestigkeit – bei sehr niedrigen Auftragsmengen. Sie verbessern das Verhältnis von Funktion zu Materialeinsatz und können so Kunststofffolien ersetzen. Auftragssysteme wie Flexo-, Rakel-, Streich- oder Curtain-Coating erlauben angepasste Flächengewichte und Profilkontrollen.

• Typische Anwendungen: Lebensmittelnahe Sekundärverpackungen mit Bedarf an Fettbarrieren, feuchtebelastete Transportumgebungen, scheuerbeständige Oberflächen.
• Stärken: Dünnschichtige Applikation, potenziell recyclingverträglicher als Folienlaminate, gezielte Funktionsprofile.
• Grenzen: Recyclingkompatibilität hängt von Rezeptur und Auftragsmenge ab; Barriereniveau ist anwendungsabhängig zu prüfen.

Die Auswahl geeigneter Dispersionssysteme erfordert eine Balance aus Barriereleistung (z. B. WVTR), Bedruckbarkeit, Blockverhalten und Wärmebeständigkeit. Bei mehrlagigen Aufträgen sind Zwischentrocknung, Vernetzung und mögliche Wechselwirkungen mit Druckfarben zu berücksichtigen.

Klebe-, Verschluss- und Umreifungslösungen ohne konventionellen Kunststoff

Papierklebebänder mit Naturkautschuk- oder Stärkeklebstoffen, nassklebende Papierbänder sowie faserverstärkte Papierumreifungen reduzieren Kunststoffanteile in Verschlusssystemen. Sie sind häufig mit dem Papierrecycling kompatibel, wenn Trägermaterial und Klebstoffsystem entsprechend ausgelegt sind. Ergänzend kommen biogene Hotmelt-Formulierungen in Betracht, die auf den Substrataufbau und klimatische Bedingungen abgestimmt werden sollten.

• Typische Anwendungen: Kartonverschlüsse, Bündelung, Siegeln von Hüllen und Umverpackungen.
• Hinweise: Haft- und Schälverhalten, Staub- und Feuchtebedingungen im Prozess sowie die Kompatibilität mit automatischen Verschließern sind zu validieren.

Für Nassklebebänder ist die Aktivierung und die Anpresszeit zu definieren; bei automatischen Linien beeinflussen Bandzug, Klebstofftemperatur und Düsenbild die Ergebnisqualität. Rückstände von Klebstoffen sollten die Faseraufbereitung nicht beeinträchtigen.

Papierbasierte Polster- und Fixierlösungen

Statt Luftpolster- oder Schaumfolien kommen Papierpolster, Falt- und Wabenkonstruktionen sowie Fixierelemente aus Faserstoffen zum Einsatz. Sie dämpfen Stöße, füllen Hohlräume und stabilisieren Güter in Transportverpackungen. Durch variierende Geometrien (z. B. Wabenzellenweite, Faltmuster, Lagenzahl) lässt sich die spezifische Energieaufnahme an die Transportbelastung anpassen.

• Vorteile: Monomaterial-Ansatz mit dem Außenkarton möglich; gute Rezyklierbarkeit; anpassbar über Geometrie und Lagenzahl.
• Beachtung: Schlagzähigkeit und Rückstellverhalten unterscheiden sich von Schäumen; Designs sollten anhand realer Belastungsprofile optimiert werden.

Für empfindliche Produkte empfiehlt sich die Kombination aus Papierpolstern und formschlüssigen Einlagen. Fall-, Vibrations- und Stapeltests helfen, die optimale Polsterhöhe und Dichte festzulegen, ohne unnötigen Materialeinsatz zu verursachen.

Der Einsatz von Plastikersatzstoffen bei Wellstar-Packaging

Bei Wellstar-Packaging steht die Auswahl von Ersatzstoffen in direktem Bezug zu Funktion, Kompatibilität mit bestehenden Recyclingströmen und zur Verarbeitbarkeit auf gängigen Fertigungslinien. Maßgeblich sind die konkreten Produktanforderungen – etwa Feuchte- und Fettbeständigkeit, Temperaturfenster, mechanische Belastungen im Versand, Druckbild und Oberflächenhaptik – sowie die angestrebte Kreislauffähigkeit. Die Zufriedenheit unserer Kunden und die Passung zur Anwendung werden durch Tests und Validierungen abgesichert, wobei Spezifikationen gemeinsam definiert und dokumentiert werden.

In der Umsetzung bedeutet dies häufig:

• Funktionsabgleich: Welche Kunststofffunktion wird ersetzt (z. B. Barriere, Polster, Gleitlage)?
• Recyclingprüfung: Eignung für den PPK-Strom, Einfluss auf die Fasergewinnung, Abtrennbarkeit verbleibender Funktionsschichten.
• Prozessfähigkeit: Rillen, Stanzen, Kleben, Bedrucken; Wechselwirkungen zwischen Beschichtung und Leimauftrag.
• Nachweisführung: Prüfparameter für Barrieren (Cobb, KIT), Festigkeiten (ECT, BCT) sowie klimatische Beständigkeit.

Ergänzend werden Datenblätter, Prüfzeugnisse und Konformitätserklärungen gepflegt. Eine iterative Validierung – vom Labor über Pilotserien bis zum Feldtest – reduziert das Risiko von Funktions- oder Prozessabweichungen und ermöglicht die schrittweise Optimierung der Materialkombinationen.

Vor- und Nachteile von Plastikersatzstoffen

Der Einsatz von Ersatzstoffen für Kunststoff in Wellpappenanwendungen bietet ökologische und funktionale Potenziale. Gleichzeitig sind technische, wirtschaftliche und logistische Aspekte abzuwägen, um eine robuste, kreislauffähige Lösung zu gestalten. Die optimale Lösung ergibt sich häufig aus einer Kombination aus materialseitiger Barriere, konstruktiver Auslegung und geeigneter Verschlusstechnik.

Vorteile

• Verbesserte Umweltverträglichkeit: Hoher Faseranteil und reduzierter fossiler Kunststoffeinsatz unterstützen geschlossene Stoffkreisläufe und mindern potenzielle Umweltauswirkungen.
• Recyclingfreundlichkeit: Monomaterial-Ansätze erleichtern die Erfassung und Sortierung; faserbasierte Lösungen sind häufig mit etablierten PPK-Strömen kompatibel.
• Funktionale Substitution: Dispersionsbeschichtungen, Barrierepapiere und papierbasierte Polster übernehmen Schutz-, Dämpfungs- und Barrierefunktionen in vielen Szenarien.
• Regulatorische Passfähigkeit: Unterstützung von Anforderungen an Materialeffizienz, Kennzeichnung und Verwertbarkeit – abhängig von Auslegung und Nachweisen.
• Kommunizierbarkeit: Transparente Materialkonzepte und klare End-of-Life-Pfade erleichtern die Einordnung für Anwender und Entsorger.

Durch die Kombination aus funktionaler Beschichtung und konstruktiver Polsterlösung lassen sich spezifische Leistungsziele häufig mit geringem Flächengewicht erreichen. Zudem können faserbasierte Systeme die Lagerhaltung vereinfachen, da sie in vielen Formaten und Qualitäten standardisiert verfügbar sind.

Herausforderungen

• Leistungsniveaus: Haltbarkeit, Steifigkeit, Feuchte- und Temperaturbeständigkeit können gegenüber Standardkunststoffen abweichen und erfordern geeignete Designs und Prüfungen.
• Kosten und Verfügbarkeit: Materialpreise und Lieferketten schwanken; Funktionsbeschichtungen und Spezialpapiere können teurer sein.
• Recyclingkompatibilität: Nicht jede biobasierte oder kompostierbare Komponente ist automatisch für den Papierstrom geeignet; Rezepturen und Auftragsmengen sind entscheidend.
• Entsorgungskontext: Industrielle Kompostierung ist standortabhängig verfügbar; eine klare Zuordnung zum bevorzugten Verwertungsweg ist wichtig.
• Prozessintegration: Kleb-, Falz- und Druckprozesse müssen auf die jeweilige Oberfläche und Beschichtung abgestimmt sein, um Qualitätsschwankungen zu vermeiden.

Zur Risikominimierung empfiehlt sich ein Stufenplan mit Material-Screening, Testraster (inkl. Klimacycling), Linienversuchen und Stabilitätsmonitoring. Kosten- und Verfügbarkeitsrisiken können durch Mehrquellenstrategien und funktional gleichwertige Alternativen reduziert werden.

Einsatzfelder und Praxisbeispiele

Die Anwendungspalette in der Verpackungsbranche ist breit. Beispiele umfassen flexible Lösungen, Becher und Behälter auf Faserbasis, faserverstärkte Polsterelemente sowie Beschichtungen für Verpackungen aus Wellpappe, die Wasser- und Fettbeständigkeit erhöhen. In Transport- und Umverpackungen werden papierbasierte Polster eingesetzt, um empfindliche Güter zu stabilisieren. Je nach Branche spielen zusätzlich migrationsarme Rezepturen, geruchsneutrale Oberflächen und definierte Reibwerte eine Rolle.

Weitere Anwendungsfelder sind E‑Commerce-Verpackungen mit hohem Anteil an Hohlraumfüllung, Retail-Ready-Packaging mit erhöhten Anforderungen an Abriebfestigkeit und Optik, sowie Sekundärverpackungen in Lebensmittel-, Kosmetik- und Non-Food-Segmenten. Bei temperaturgeführten Lieferketten kann die Kombination aus wasserabweisender Ausrüstung und konstruktiver Entkopplung die Feuchteempfindlichkeit reduzieren.

Konstruktions- und Designaspekte

Für robuste Ergebnisse empfiehlt sich ein systematisches Vorgehen: Funktionsziel definieren, geeigneten Werkstoff wählen, Geometrie und Lagenaufbau optimieren und die Lösung unter praxisnahen Bedingungen testen. Dabei helfen technische Kennwerte (z. B. ECT/BCT, Cobb, KIT, WVTR/OTR) und Prüfungen unter variierenden Klima- und Lastprofilen. Für das Größenraster und die Passung zum Produkt liefern weiterführende Erläuterungen zu Abmessungen in Verpackungskonzepten hilfreiche Orientierung.

Besondere Aufmerksamkeit gilt der Rill- und Faltfähigkeit beschichteter Substrate, der Wellenrichtung im Verhältnis zur Lastaufnahme (Stapel- und Kantenbelastung) sowie den Toleranzen im Zuschnitt. Kantenverdichtungen, Perforationen und Stanzkonturen sind so auszulegen, dass Beschichtungen nicht unkontrolliert aufbrechen.

End-of-Life und Kreislauffähigkeit

Im Fokus steht die stoffliche Verwertung. Faserbasierte Lösungen sind in der Regel gut für den Altpapierkreislauf geeignet, sofern Funktionsschichten dünn, dispersionsbasiert und gut abtrennbar sind. Biologisch abbaubare Kunststoffe sind nicht automatisch im Papierstrom erwünscht; die Eignung ist fallweise zu prüfen. Industriell kompostierbare Lösungen erfordern passende Infrastrukturen; bei fehlender Verfügbarkeit ist das Recycling meist vorzuziehen. Klare Entsorgungshinweise und die Vermeidung unnötiger Verbunde unterstützen die Zielsetzung.

Für eine hohe Fasergewinnung sind Klebstofflöslichkeit, geringe Stickies-Bildung und das Vermeiden großflächiger, wasserunlöslicher Schichten wesentlich. Markierungen zur Materialtrennung und transparente Spezifikationen erleichtern die korrekte Zuordnung in der Entsorgungspraxis.

Qualitätssicherung und Nachweise

Zur Absicherung der Funktion und Kreislauffähigkeit dienen standardisierte Tests und Konformitätsnachweise. Dazu zählen Barriere- und Festigkeitsprüfungen, Alterungs- und Klimatests sowie – bei Bedarf – Zertifikate für Recyclingfähigkeit oder Kompostierbarkeit. Praxisnahe Transporttests (Vibration, Fall, Druck) helfen, Polster- und Schutzfunktionen realitätsnah zu verifizieren.

Ein dokumentiertes Prüfkonzept mit Stichprobenplänen, Grenzwerten und Rückverfolgbarkeit (Chargen, Rezepturstände) schafft Konsistenz. Bei Veränderungen an Rezeptur oder Prozessparametern sollte ein Requalifizierungsplan greifen, um Leistungsstabilität zu gewährleisten.

Normen und regulatorische Rahmenbedingungen

Im europäischen Kontext beeinflussen Verpackungsrichtlinien und Abfallrahmengesetze die Auslegung von Plastikersatzstoffen. Relevante Aspekte sind Materialeffizienz, Recyclingquoten, Kennzeichnung und der Einsatz von Rezyklaten, soweit technisch und rechtlich möglich. Für lebensmittelnahe Anwendungen sind allgemeine Anforderungen an Materialien und Gegenstände, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen, sowie gute Herstellungspraxis zu berücksichtigen. Zusätzlich sind Anforderungen an Mineralölbestandteile, Migrantenprofile und geruchsneutrale Ausführung in sensiblen Segmenten zu beachten.

Design for Recycling in der Wellpappenverpackung

Ein recyclingfreundliches Design berücksichtigt Monomaterialität, minimierte Schichtdicken, lösliche bzw. abtrennbare Funktionsaufträge, geeignete Druckfarben und klebstoffseitige Ablöseeigenschaften. Leitlinien umfassen:

• Reduktion von Verbundkomplexität und bevorzugter Einsatz dispersionsbasierter Barrieren,
• Begrenzung der Flächenanteile nichtfaseriger Komponenten,
• Materialkennzeichnung zur Erleichterung der Sortierung,
• Optimierung von Rillungen und Klebelaschen zur Vermeidung von Delamination.

Durch frühzeitige Einbindung von Recyclinganforderungen in das Lastenheft lassen sich spätere Anpassungsschleifen vermeiden.

Mess- und Prüfkennwerte im Überblick

Für die Auslegung von Plastikersatzstoffen in der Wellpappenverpackung sind Kennwerte entscheidend:

• Cobb (Wasseraufnahme), KIT (Fettbeständigkeit), WVTR/OTR (Barriere gegen Wasserdampf/Sauerstoff),
• ECT/BCT (Kanten- und Stapeldruckfestigkeit), RCT (Ring Crush),
• Oberflächenenergie und Reibwerte (Gleitverhalten, Abrieb),
• Adhäsion/Ko