Polyethylen

In der Welt der Wellpappe-Verpackungen ist ein vielseitiges Material allgegenwärtig: Polyethylen. Dieser weit verbreitete Kunststoff zeichnet sich durch seine ausgewogene Mischung aus Flexibilität und Festigkeit aus. Polyethylen spielt daher eine entscheidende Rolle in der Produktion von widerstandsfähigen, leichten Verpackungen. Als dünne Folie, als Beschichtung oder als funktionale Einlage unterstützt PE die Performance von Kartonagen, stabilisiert Kanten und Oberflächen und trägt zu einer prozesssicheren Weiterverarbeitung bei.

Als thermoplastisches Polymer verbindet Polyethylen gute Verarbeitbarkeit mit robuster Performance. Es wirkt als Feuchte- und Schmutzbarriere, ermöglicht Heißsiegeln, verbessert die Abriebfestigkeit und trägt zur Formstabilität beschichteter Kartonagen bei. In Kombination mit Wellpappe kann PE als dünne Schicht große Wirkung entfalten – insbesondere in feuchten Umgebungen, in der Kühlkette oder beim Schutz empfindlicher Oberflächen. Darüber hinaus begünstigen glatte PE-Oberflächen konstante Reibwerte beim Handling, reduzieren Faserabrieb im Packprozess und sichern so reproduzierbare Prozessfenster in der Konfektionierung.

Definition: Was versteht man unter Polyethylen?

Unter Polyethylen – auch unter dem Namen Polyethen bekannt – versteht man einen thermoplastischen Kunststoff. Er wird aus dem Gas Ethylen hergestellt. Polyethylen ist für seine hohe Zähigkeit, gute elektrische Isolation und seine ausgeprägte chemische Widerstandsfähigkeit bekannt und wird in der Verpackungstechnik als Folie, Beschichtung oder Formteil eingesetzt.

Aus chemischer Sicht handelt es sich um ein teilkristallines Polymer mit der Wiederholeinheit –CH2–. Die Materialstruktur (Kettenlänge, Verzweigungsgrad) bestimmt Dichte, Schmelzpunkt, Steifigkeit und Zähigkeit. Gängige Typen sind LDPE (niedrige Dichte, weich und flexibel), LLDPE (linear, zäh mit guter Weiterreißfestigkeit) und HDPE (hohe Dichte, steifer, höhere Maß- und Formstabilität). Diese Varianten decken ein breites Eigenschaftsfenster ab – von gut siegelbaren Folien bis hin zu robusten Formteilen. In der Praxis werden Typen auch kombiniert oder in Coex-Schichten aufgebaut, um Siegelverhalten, Optik, Gleitverhalten und Barriere gezielt einzustellen.

• LDPE: weich, sehr flexibel, exzellente Siegelfähigkeit, gute Transparenz
• LLDPE: hohe Zähigkeit und Durchstoßfestigkeit, gute Folienmechanik
• HDPE: höhere Steifigkeit, gute Chemikalienbeständigkeit, matte Optik

Herstellung und Verarbeitung von Polyethylen

Die Herstellung von Polyethylen erfolgt durch die Polymerisation von Ethylen. Je nach Zielstruktur kommen unterschiedliche Druck- und Temperaturbereiche zum Einsatz. Die Verarbeitung kann durch verschiedene Verfahren, wie z. B. Blasformen, Extrusion oder Spritzgießen, erfolgen. Durch diese Techniken lassen sich eine Vielzahl von Produkten herstellen, von Folien und Flaschen bis hin zu den robusten Schichten, die Wellpappe bei der Produktverpackung schützen. Für Verpackungslösungen wird PE häufig als dünner Film extrudiert, als Beschichtung auf Papiere und Liner aufgetragen oder zu passgenauen Formelementen verarbeitet.

Industriell kommen unterschiedliche Polymerisationsprozesse zum Einsatz: LDPE entsteht typischerweise über radikalische Hochdruckpolymerisation; HDPE und LLDPE werden meist katalytisch (z. B. Ziegler-Natta- oder metallocenkatalysiert) bei niedrigerem Druck gefertigt. Der resultierende Verzweigungsgrad steuert Viskosität (Schmelzflussindex, MFR/MFI), Kristallinität und damit die mechanischen Kennwerte sowie das Heißsiegelverhalten.

Für Anwendungen mit Wellpappe sind vor allem folgende Verarbeitungsschritte relevant:

• Extrusionsbeschichtung/Kaschierung: Auftrag dünner PE-Schichten auf Liner oder Zwischenlagen, typischerweise im Bereich weniger bis mehrerer Dutzend g/m²; beeinflusst direkt die Feuchtebarriere (WVTR) und die Oberflächenenergie.
• Blas- und Gießfolienextrusion: Herstellung von Mono- und Coex-Folien als Innenauskleidung, Einleger oder Feuchtesperren, mit definierbaren Reibwerten (COF) für sicheres Handling.
• Thermoformen/Spritzgießen: Funktionselemente, Einlagen oder Schutzbauteile mit gezielter Geometrie zur Lastverteilung und Kantenstabilisierung.
• Vorbehandlung (z. B. Corona/Flamme): Erhöhung der Oberflächenenergie für verbesserte Haftung bei Druck und Kaschierung; essenziell für beständige Bedruckung und Klebung.

Durch Additive (z. B. Gleit- und Antiblockmittel, Antistatika, UV-Stabilisatoren) lässt sich das Eigenschaftsprofil gezielt anpassen. Coextrudierte Schichten ermöglichen z. B. das Kombinieren von Siegel- und Trägerschicht sowie das Feinjustieren der Barriereleistung gegen Wasserdampf. Übliche Beschichtungsgewichte bewegen sich anwendungsabhängig etwa zwischen 5 und 40 g/m²; höhere Gewichte erhöhen die Beständigkeit, erschweren jedoch häufig die Trennbarkeit in der faserbasierten Aufbereitung.

Materialeigenschaften und Leistungskennwerte

Die für den Einsatz in Kombination mit Wellpappe entscheidenden Kennwerte sind:

• Dichte: ca. 0,91–0,96 g/cm³ (abhängig von LDPE/LLDPE/HDPE)
• Schmelzbereich: etwa 105–135 °C; gute Heißsiegelfähigkeit je nach Typ
• Temperaturbeständigkeit: in der Regel von tieferen Temperaturen bis ca. 70–80 °C im Dauereinsatz
• Mechanik: hohe Zähigkeit, gute Durchstoß- und Weiterreißfestigkeit (besonders LLDPE)
• Barriere: sehr gute Feuchtesperre, begrenzte Gasbarriere (gegen Sauerstoff/Kohlendioxid)
• Chemikalienresistenz: beständig gegen viele Säuren, Laugen und wässrige Medien
• Elektrische Eigenschaften: gute Isolationseigenschaften für antistatische oder isolierende Lösungen mit geeigneten Additiven

Zusätzlich relevant sind die Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR), der Cobb-Wert der beschichteten Papiere, die Siegelnahtfestigkeit (z. B. T-Peel), der Reibungskoeffizient der Oberfläche (statisch/dynamisch) sowie die Kälteflexibilität für Anwendungen in der Kühl- und Tiefkühlkette. Durch geeignete Rezeptierung lassen sich definierte Siegel-Fenster und Öffnungskräfte realisieren, die beim Konfektionieren und beim Endkundengebrauch reproduzierbar sind.

Einsatz von Polyethylen in der Wellpapp-Industrie

In der Wellpappenindustrie wird der größte Nutzen des Polyethylens häufig hervorgehoben: seine Widerstandsfähigkeit. So bietet die Beschichtung von Wellpappe mit Polyethylen eine zusätzliche Barriere gegen Feuchtigkeit. Dadurch sind Produkte besser geschützt und die Wellpappe behält ihre Form und Stabilität. Darüber hinaus sorgen PE-Oberflächen für kontrollierte Reibwerte auf Transport- und Fördertechnik, was das Stapelverhalten und die Prozesssicherheit beim Palettieren verbessert.

Darüber hinaus dient PE als abriebfeste, rutschhemmende oder heißsiegelfähige Schicht. Typisch sind Innenbeschichtungen für feuchte oder fettende Güter, Einleger zur Oberflächen- und Kantenstabilisierung sowie Außenbeschichtungen für erhöhte Spritzwasserbeständigkeit. In der Kühl- und Tiefkühlkette verhindern dünne PE-Laminate das Durchweichen des Materials; im technischen Bereich helfen sie, gegen chemische Tropfbelastungen zu schützen. Ergänzend können antistatische Ausrüstungen eingesetzt werden, um Staubanziehung zu minimieren und eine konstante Produktpräsentation sicherzustellen.

Typische Anwendungsfelder

• Transportverpackungen für kühlpflichtige oder feuchte Waren
• Schutzlagen in Kartonagen bei erhöhter mechanischer Beanspruchung
• Heißsiegelfähige Auskleidungen und Beutel-Inserts
• Gleitschichten zur Reduktion von Reibung beim Handling

Für eine vertiefende Einordnung im Kontext von Materialien und Einsatzbereichen finden sich weiterführende Inhalte zu industriellen Verpackungen und Materialien.

Normen, Prüfmethoden und Kenngrößen

Für die Qualitätssicherung von PE-basierten Verpackungskomponenten sind standardisierte Prüfungen maßgeblich. Üblich sind Bestimmungen der Wasserdampfdurchlässigkeit und Sauerstoffdurchlässigkeit nach anerkannten DIN/ISO-Verfahren, Cobb-Tests zur Wasseraufnahme von beschichteten Papieren, Reibwertmessungen (COF) zur Beurteilung des Gleitverhaltens sowie Siegelnahtfestigkeiten in Abhängigkeit von Temperatur, Zeit und Druck. Ergänzend werden Haftzug- oder Schältests zur Bewertung der Kaschierhaftung, Dickenmessungen (Neck-in/Buildup bei der Extrusionsbeschichtung) und klimatische Alterungen zur Beurteilung der Performance unter Feuchte- und Temperaturwechseln durchgeführt.

Design-for-Recycling und Materialkombinationen

Bei PE-beschichteten faserbasierten Verpackungen beeinflussen Schichtdicke, Haftsystem und Rezeptur die Trennbarkeit in der Altpapieraufbereitung. Geringe Beschichtungsgewichte, auf Rezyklierbarkeit optimierte Haftvermittler und Monomaterial-Ansätze erleichtern die Wiederverwertung. Farbsysteme und Additive sollten so gewählt werden, dass sie die Sortier- und Recyclingprozesse nicht negativ beeinflussen. Auch die gezielte Positionierung der Beschichtung (innen/außen) und definierte Perforations- oder Öffnungshilfen können die Demontage unterstützen.

Praxisempfehlungen

• Beschichtungsgewicht so gering wie möglich wählen, aber so hoch wie nötig, um die geforderten Barriere- und Siegeleigenschaften zu erreichen.
• Vorbehandlung und Druckfarben/Primer aufeinander abstimmen, um Haftung und Bedruckbarkeit stabil zu gewährleisten.
• Siegelparameter (Temperatur/Anpressdruck/Verweilzeit) für das gewählte PE gezielt validieren, um reproduzierbare Nahtfestigkeiten zu erzielen.
• Umgebungsbedingungen (Temperatur/Luftfeuchte) in Produktion und Lagerung berücksichtigen, um Dimensionsstabilität und Gleitverhalten zu sichern.

Sicherheit und Konformität im Kontakt mit Lebensmitteln

Polyethylen wird häufig in Anwendungen mit Lebensmittelkontakt eingesetzt. Entscheidend sind die Einhaltung rechtlicher Anforderungen, geeignete Migrationsprüfungen und die Umsetzung guter Herstellpraxis. Die Rezeptur (inklusive Additiven) sowie die Prozessführung müssen so ausgelegt sein, dass keine sensorische Beeinflussung auftritt und Grenzwerte eingehalten werden. Dokumentierte Konformitätserklärungen und Chargenrückverfolgbarkeit sind für den zuverlässigen Einsatz in der Lebensmittelverpackung essenziell.

Ökologische Aspekte und Ressourceneffizienz

Reines Polyethylen ist grundsätzlich gut recycelbar. Der Einsatz von Rezyklat (rPE) kann – abhängig von Qualitätsanforderungen – zur Ressourcenschonung beitragen. In Kombination mit faserbasierten Substraten ist eine sorgfältige Abwägung zwischen benötigter Barriereleistung und Recyclingfähigkeit sinnvoll. Materialeffizienz durch reduzierte Schichtdicken, optimierte Rezepturen und prozesssichere Beschichtungen reduziert Materialeinsatz und unterstützt zirkuläre Ansätze.

Vor- und Nachteile von Polyethylen

Der Einsatz von Polyethylen bietet praxisrelevante Vorteile: Es ist preiswert, leicht, flexibel und widerstandsfähig. Damit eignet es sich für zahlreiche Anwendungen in der Verpackungstechnik. Hingegen können Nachteile die umwelttechnische Belastung und die geringe biologische Abbaubarkeit sein. Forschung rund um recycelbares Polyethylen und alternative, umweltfreundlichere Materialien ist in vollem Gange und adressiert u. a. bessere Trennbarkeit und den verstärkten Einsatz von Rezyklaten.

• Vorteile: robuste Feuchtebarriere, gute Zähigkeit, effiziente Verarbeitung, Heißsiegelfähigkeit, chemische Beständigkeit
• Herausforderungen: begrenzte Gasbarriere, potenziell erschwerte Sortierung/Trennung in faserbasierten Stoffströmen, Additiv-Einflüsse auf Recycling
• Abhilfeansätze: reduzierte Schichtdicken, lösungsmittelfreie Kaschierungen, optimierte Haftsysteme, Einsatz von Rezyklaten (rPE) wo technisch sinnvoll

Recycling und Trennbarkeit in faserbasierten Systemen

Unbeschichtete Wellpappe ist gut stofflich verwertbar. Bei PE-beschichteten Verbunden hängt die Repulping-Fähigkeit von Schichtdicke, Haftung und Prozessführung in der Altpapieraufbereitung ab. Dünne, schwach haftende Schichten lassen sich eher separieren als dicke Laminate. Design-for-Recycling-Ansätze setzen auf minimierte Beschichtungsgewichte, sortenreine Monomateriallösungen (wo möglich) oder auf Verbundkonzepte, die in der Praxis trennbar sind.

Reines Polyethylen ist grundsätzlich gut recycelbar; Folien (LDPE/LLDPE) und Formteile (HDPE) lassen sich in entsprechenden Kunststoffstoffströmen wiederverwerten. Bei papierbasierten Verbunden ist eine sorgfältige Abwägung zwischen benötigter Barriereleistung und Recyclingfähigkeit sinnvoll. Prüfungen zur Repulping-Eignung und zur Abscheidung von Kunststoffanteilen unterstützen die Bewertung der Recyclingfähigkeit in der Anwendungspraxis.

Zusammenfassung:

• Polyethylen ist ein vielseitiger Kunststoff, der häufig in Verpackungsanwendungen eingesetzt wird, einschließlich der Beschichtung von Wellpappe zur Verbesserung der Wasser- und Feuchtigkeitsbeständigkeit.
• Aufgrund seiner Beständigkeit gegen Chemikalien und Umweltbelastungen kann Polyethylen die Haltbarkeit und den Schutz von in Wellpappe verpackten Produkten erhöhen und zugleich reproduzierbare Prozessfenster ermöglichen.
• Die Verwendung von Polyethylen zur Beschichtung von Wellpappe kann die Recyclingfähigkeit beeinträchtigen; Lösungen zur Trennung der Komponenten und reduzierte Schichtdicken verbessern die Verwertbarkeit.
• Die Wahl zwischen LDPE, LLDPE und HDPE ermöglicht eine gezielte Auslegung von Zähigkeit, Steifigkeit, Siegelfähigkeit und Barrierewirkung, auch in Coex-Aufbauten.
• Für den industriellen Einsatz sind geringe Schichtdicken, geeignete Haftsysteme, definierte Reibwerte und eine prozesssichere Trennbarkeit entscheidende Stellhebel.