Ein Problem, das Recycling-Unternehmen und Verbraucher gleichermaßen beschäftigt, könnte bald der Vergangenheit angehören: Klebstoffe in Papier- und Pappverpackungen, die das Recycling erheblich erschweren, sollen durch ein neuartiges Verfahren ersetzt werden. Forscher der Fraunhofer-Institute, darunter das Dresdner Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS), haben eine Methode entwickelt, gängige Verpackungen aus Pappe und Papier ohne den Einsatz von Klebstoffen sicher zu verschließen. Der Prozess, der bereits im Labormaßstab getestet wurde, könnte die Recyclingfähigkeit erheblich verbessern und die Umweltbelastung reduzieren.
Das Verfahren setzt auf Laser-Technologie, um natürliche Bestandteile des Papiers wie Lignin, Hemicellulose und Cellulose in klebrige Verbindungen umzuwandeln. Volker Franke, Gruppenleiter für Laser-Mikrobearbeitung am Fraunhofer IWS, erklärt: „Wir erzeugen also quasi unseren eigenen Klebstoff in Form der Spaltprodukte.“ Durch die Bestrahlung mit einem Kohlenstoffmonoxid-Laser wird das Papier schlagartig erwärmt, sodass die organischen Stoffe schmelzbar werden. Diese Verbindungen können anschließend mit Druck und Wärme zu haltbaren und dichten Nähten verarbeitet werden.
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Die chemische Zusammensetzung des Papiers spielt dabei eine entscheidende Rolle. Forscher des am Projekt beteiligten Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung (IAP) in Potsdam untersuchten rund drei Dutzend Papiersorten und fanden heraus, dass dickere Papiere mit geringem Anteil an anorganischen Verbindungen wie Talkum oder Calciumcarbonat besonders geeignet sind. Papier mit diesen Eigenschaften wird bereits für viele Lebensmittelverpackungen und Einwegprodukte verwendet.
Prototyp ebnet den Weg zur Serienfertigung
Ein weiterer Meilenstein des Projekts ist die Entwicklung eines Prototyps am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Dresden. Dieser zeigt, dass die Technologie auch industriell umsetzbar ist. Die dort entwickelte Maschine kann Verpackungsbeutel mit vier Rändern herstellen, die mithilfe des Lasers versiegelt werden. Sensoren überwachen dabei die Prozesse, um die Qualität zu gewährleisten. Marek Hauptmann, Leiter des Verbundprojekts, betont die hohe Festigkeit der Nähte: „Mit einer nur zwei Zentimeter langen und drei Millimeter breiten Verbindung kann man problemlos 20 Kilogramm anheben.“
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Bis September 2026 soll die Maschine im Labormaßstab zehn Verpackungen pro Minute produzieren können. Eine Fortsetzung des Projekts mit Partnern aus der Verpackungs-, Lebensmittel- und Papierindustrie sowie dem Maschinenbau ist bereits geplant, um das Verfahren zur Großserienreife zu bringen.
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