Autor: Dr. Daniel Wachtendorf

  • Kunststoffe in Papierverpackungen

    Kunststoffe in Papierverpackungen

    Teil 2: Wichtige Beschichtungspolymere 

    Im ersten Teil unserer Serie zu Kunststoffanteilen in papierbasierten Verpackungen für Lebensmittel und Bedarfsgegenstände lag der Fokus auf den Gründen für den Einsatz von Kunststoffschichten und typischen Funktionsanforderungen – ohne dabei bereits auf konkrete Polymerarten einzugehen. In Teil 2 rücken nun einzelne, teils spezialisierte Kunststoffmaterialien und Kunststoffersatzstoffe in den Mittelpunkt, die gezielt eingesetzt werden, um bestimmte funktionale Eigenschaften zu erreichen. Dabei betrachten wir nicht nur konventionelle Kunststoffe, sondern auch biobasierte und alternative Materialien, die sowohl im Hinblick auf Barrierewirkung, Siegelfähigkeit und Oberflächenschutz als auch unter Umwelt- und Regulierungsgesichtspunkten von Bedeutung sind. Unser Schwerpunkt liegt dabei auf Kunststoffen in Papierverpackungen: Von PE bis biobasierten Polyestern – Funktionen, Umweltaspekte und regulatorische Anforderungen im Überblick.

    Polyethylen (PE) 

    Polyethylen ist der Kunststoff, der am häufigsten in papierbasierten Verpackungen, meistens als dünne Beschichtung auf Karton oder Papier appliziert wird. Es dient primär als Feuchtigkeits- und Fettbarriere und sorgt dafür, dass Flüssigkeiten oder Öle nicht in die Papierfasern eindringen. Gleichzeitig ermöglicht PE durch seine thermoplastischen Eigenschaften eine zuverlässige Siegelbarkeit, was insbesondere bei Beuteln, Bechern oder Lebensmittelkartons entscheidend ist. PE ist chemisch inert, lebensmitteltauglich und relativ kostengünstig, was seine weite Verbreitung erklärt. Aus Umweltsicht ist es jedoch problematisch, da es sich im Papierrecycling nur durch aufwändige Prozesse vom Faserstoff trennen lässt und in der Natur persistent bleibt. Recyclingfreundlichere Varianten, wie dünnere Beschichtungen oder modifizierte PE-Typen, werden derzeit vermehrt entwickelt, um die Kreislauffähigkeit von Papier-PE-Verbunden zu verbessern. 

    Styrol-Acrylat-Copolymere 

    Styrol-Acrylat-Copolymere kombinieren die Eigenschaften von Styrol und Acrylsäureestern. In papierbasierten Verpackungen kommen sie vor allem als Bindemittel in Barriere- oder Schutzbeschichtungen zum Einsatz, wo sie für Haftung, mechanische Stabilität und Wasserbeständigkeit sorgen. Sie sind auch in bestimmten Klebstoffen und Druckfarben enthalten und tragen zu einer robusten, beständigen Oberfläche bei. 

    Acrylatpolymere 

    Acrylatpolymere (Reinacrylate) werden häufig in Klebstoffen für Etiketten und Verpackungsklebebänder verwendet. Sie zeichnen sich durch starke Haftung, UV- und Feuchtigkeitsbeständigkeit sowie Temperaturstabilität aus. Neben Klebstoffen werden Acrylate auch als transparente Beschichtung auf Folien oder Papier eingesetzt, um Barriereeigenschaften gegen Gase und Aromen zu verbessern, ohne die Bedruckbarkeit oder optische Qualität zu beeinträchtigen. 

    Polysiloxane 

    Polysiloxane, auch bekannt als Silikone, werden in Verpackungen vor allem als hauchdünne Beschichtungen oder Additive eingesetzt. Sie wirken beispielsweise als Antihaft- oder Trennschicht auf Papiersubstraten, etwa bei Etiketten-Trägerpapieren, damit sich Klebeflächen leicht ablösen lassen. In geringen Mengen beigemischt, verbessern Polysiloxane zudem die Verarbeitbarkeit und Gleitfähigkeit von Beschichtungen, wie zum Beispiel beim Strich von Papieren. Aufgrund ihrer Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit eignen sie sich für viele Lebensmittelkontaktanwendungen.  

    Polyhydroxybutyrat (PHB) 

    PHB gehört zur Familie der biobasierten Polyhydroxyalkanoate (PHA) und wird durch Mikroorganismen aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Es ist vollständig biologisch abbaubar und kann in bestimmten Anwendungen Polypropylen ersetzen. PHB ist steif, formstabil und für den direkten Lebensmittelkontakt geeignet, jedoch spröder und hitzeempfindlicher als viele konventionelle Kunststoffe. In Papierverbunden kann es als Beschichtung oder Folienlage dienen, insbesondere bei kompostierbaren Einwegverpackungen. 

    Biobasierte Polyester 

    Biobasierte Polyester umfassen eine Reihe von Materialien, die ganz oder teilweise aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Ein bekanntes Beispiel ist Polymilchsäure (PLA), die unter industriellen Bedingungen kompostierbar ist und in Form von Folien, Schalen oder Papierbeschichtungen Anwendung findet. Weitere biobasierte Polyester sind PEF, das PET ersetzen kann, sowie PBS oder PBAT, die für kompostierbare Folien und Beutel verwendet werden. Diese Materialien bieten Potenzial zur Reduzierung fossiler Rohstoffe, stehen jedoch vor Herausforderungen wie begrenzter Wärmebeständigkeit oder eingeschränkter Recyclinginfrastruktur. 

    Fazit 

    Die hier vorgestellten Materialien, bei denen es sich nicht um eine vollständige Liste handelt, ergänzen das Spektrum funktionaler Kunststoffe in papierbasierten Verpackungen und zeigen die Vielfalt an Möglichkeiten, gezielte Eigenschaften wie Barrierewirkung, Siegelfähigkeit oder Oberflächenschutz zu realisieren. Ihre Auswahl hängt stark von den technischen Anforderungen, der regulatorischen Konformität und den Umweltzielen ab – ein Themenfeld, das in den kommenden Jahren noch an Dynamik gewinnen wird. 

    Beschichtung Eigenschaften Produktionsmenge  (grobe Abschätzung)
    Polyethylen (PE) Feuchtigkeits- und Fettbarriere, thermoplastisch, lebensmitteltauglich, kostengünstig 6 Millionen Tonnen 
    Styrol-Acrylat-Copolymere Haftung, mechanische Stabilität, Wasserbeständigkeit, in Klebstoffen und Druckfarben 1,5 Millionen Tonnen 
    Acrylatpolymere Starke Haftung, UV- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, Temperaturstabilität 2 Millionen Tonnen 
    Polysiloxane Antihaft- oder Trennschicht, Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit 500.000 Tonnen 
    Polyhydroxybutyrat (PHB) Biologisch abbaubar, steif, formstabil, für Lebensmittelkontakt geeignet 200.000 Tonnen 
    Biobasierte Polyester Kompostierbar, Reduzierung fossiler Rohstoffe, begrenzte Wärmebeständigkeit 300.000 Tonnen 

    Quellenverzeichnis für die Recherche zu den verschiedenen Beschichtungen von Papier: 

    1. Packoi. “PE Coated Paper.” Zugriff am 3. September 2025. [https://packoi.com/de/blog/pe-coated-paper/](https://packoi.com/de/blog/pe-coated-paper/). 
    1. Siegwerk Druckfarben AG & Co. KGaA. “Paper Coating Guide.” Zugriff am 3. September 2025. [https://www.siegwerk.com/fileadmin/Data/Documents/Publications/Flyer/210_297_4C_SW_Flyer_PaperCoatingGuide_DE_Final.pdf). 
    1. Guyenne Papier. “Beschichtung: Was ist das?” Zugriff am 3. September 2025. [https://www.guyennepapier.com/de/blog/detail/beschichtung-was-ist-das/). 

    Autor: Dr. Daniel Wachtendorf, Innoform GmbH August 2025

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    Messzellen für Sauerstoff- und Wasserdampf-Permeation: Standard vs. Edge-Effekt

    Verpackungsmaterialien müssen oft als Barriere gegen Sauerstoff (O₂) und Wasserdampf (Feuchtigkeit) dienen, um Lebensmittel frisch zu halten und eine lange Haltbarkeit zu gewährleisten. Die Permeationsrate (OTR für Oxygen Transmission Rate und WVTR für Water Vapor Transmission Rate) gibt an, wie viel Gas durch ein Material hindurch diffundiert. Mit speziellen Prüfinstrumenten – etwa den MOCON (Ametek) Permeationsmessgeräten – lassen sich diese Raten präzise bestimmen. Dabei wird die zu testende Folie oder Verpackung in eine Messzelle eingespannt, die zwei Kammern trennt (eine Seite mit hoher Gaskonzentration, die andere mit inertem Trägergas). So kann gemessen werden, wie viel O₂ oder H₂O pro Zeit durch das Material dringt.

    Standard-Messzellen vs. Edge-Effekt-Messzellen

    In der Praxis kommen unterschiedliche Messzellentypen zum Einsatz. Links im Bild [KS1] sehen Sie eine Standard-Messzelle, rechts eine Edge-Effekt-Messzelle (hier von Mocon Amaetek). Beide erfüllen den Zweck, die Probe dicht einzuschließen, unterscheiden sich jedoch in Aufbau und Leistungsfähigkeit:

    • Standard-Messzelle: Hier wird die Probe plan zwischen Dichtungen (z.B. einem O-Ring) eingespannt. Diese bewährte Konstruktion liefert bei homogenen Kunststofffolien zuverlässige Ergebnisse.
      Herausforderung: Bei bestimmten Materialien – etwa beschichteten Papieren oder faserbasierten Verbunden – können an den Probenrändern Undichtigkeiten auftreten. Der Grund: Gas kann lateral durch poröse Strukturen oder ungleichmäßige Kanten in den Messbereich eindringen, wenn die Folie nicht überall absolut gleichmäßig anliegt. Dieses Phänomen, bekannt als “Edge Effect” (Kanten- bzw. Rand-Effekt), führt zu inhomogenen Dichtflächen und verfälschten Messergebnissen, da zusätzlicher Sauerstoff/Wasserdampf seitlich um die Probe herum eindringen kann. Standard-Messzellen sind für solche Materialien daher weniger geeignet – die Messergebnisse würden eine zu hohe Permeation anzeigen, obwohl die Folienmitte eigentlich dichter ist als der Rand.
    • Edge-Effekt-Messzelle: Um diesen Randleckagen vorzubeugen, hat MOCON Ametek spezielle Edge-Effekt-Messzellen entwickelt. Konstruktionsmerkmal ist ein erhöhter Rand sowie zusätzliche Dichtungen, die den Probenumfang vollständig und homogen abdichten. Diese “Damm”-Bauweise (Dammstruktur) schirmt die Kanten von der Umgebungsluft ab. Oft kommt ein TruSeal®-Spülring zum Einsatz: Zwischen zwei Dichtungen wird Inertgas geführt, das eventuell eindringenden Sauerstoff oder Feuchtigkeit sofort aus dem Randbereich spült. Auf diese Weise wird der Edge Effect effektiv eliminiert, indem die Probenkanten während des Tests versiegelt sind und kein O₂ bzw. H₂O von außen eindringen kann. Die Folge: gleichmäßige Dichtflächen ohne Leckpfade und damit deutlich stabilere, präzisere Messergebnisse. Die Hintergrund-Permeation (Nullwert) sinkt, wodurch selbst geringste Durchlässigkeiten genauer nachweisbar sind. Kurz gesagt, solche Edge-Effekt-Zellen ermöglichen auch bei Materialien mit inhärenter Rand-Leckage (z.B. beschichteten Papierverbunden) eine akkurate und reproduzierbare Messung der Sauerstoff- und Wasserdampfdurchlässigkeit.

    Innoform Ihr Spezialist für Permeationsmessung

    Innoform Testservice bietet als unabhängiges Prüflabor akkreditierte Prüfmethoden für OTR und WVTR an – je nach Material und Fragestellung setzen wir passende Messzellen ein. Unsere Labore sind mit modernen MOCON OX-TRAN– und AQUATRAN-Systemen ausgestattet, sodass wir sowohl Standard-Messzellen für gängige Folienprüfungen als auch Edge-Effekt-Messzellen für anspruchsvolle Materialien nutzen können. Dadurch erhalten Sie in jedem Fall verlässliche Messergebnisse zur Sauerstoff- und Wasserdampfdurchlässigkeit Ihrer Verpackungen. Innoform ist Ihr kompetenter Ansprechpartner rund um Barriereprüfungen und berät Sie gern bei der Auswahl der geeigneten Prüfmethode.

    Hinweis: Alle Messungen erfolgen nach internationalen Standards (z.B. ASTM D3985 für O₂ und ASTM F1249/ISO 15106 für H₂O) und unter kontrollierten Bedingungen, um die Vergleichbarkeit und Qualität der Ergebnisse sicherzustellen.

    Fazit: Mit unserem Know-how und der richtigen Messtechnik – ob Standard oder Edge-Effekt – helfen wir dabei, die Barriereeigenschaften von Verpackungen fundiert zu bewerten.

    Kontakt: Dr. Daniel Wachtendorf, +49 441 94986-22

    Mehr Info und Online-Bestellung

    Und hier geht es zu unserem kostenlosen Online-Permeationsrechner. Ein Tool für alle, die die Permeationseigenschaften von Barrierefolien zunächst theoretisch berechnen möchten.

    Permeationsrechner

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    Kunststoffe in Papierverpackungen

    Teil 1: Überblick für Lebensmittel und Bedarfsgegenstände

    Einleitung

    Papierbasierte Verpackungen gelten oft als umweltfreundliche Alternative zu reinem Kunststoff. In den letzten Jahren ist im EU-Raum ein Trend hin zu mehr faserbasierten Verpackungen für Lebensmittel und Alltagsartikel zu beobachen. Doch der Schein trügt mitunter: Viele dieser Papier- und Kartonverpackungen enthalten Kunststoffanteile, etwa in Form dünner Beschichtungen oder Folien, um bestimmte Funktionen zu erfüllen. Tatsächlich kommen Kunststoffe in den meisten lebensmittelbezogenen Papierverpackungen zum Einsatz, was dazu führt, dass nominell „plastikfreie“ oder „kompostierbare“ Verpackungen oft eben doch Kunststoff enthalten. Dieser einleitende Beitrag beleuchtet typische Gründe für solche Kunststoffschichten, gängige Kunststofftypen und deren Funktionen, erste regulatorische Aspekte im EU-Kontext sowie Umweltaspekte (Recycling, Mikroplastik, Kompostierbarkeit). Er bildet den Auftakt einer Reihe von Blogbeiträgen und soll einen grundlegenden Überblick vermitteln.

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    Papier alleine bietet nicht alle Eigenschaften, die für den Schutz und die Haltbarkeit verpackter Waren erforderlich sind. Ohne eine chemische oder kunststoffbasierte Beschichtung kann Papier/Karton viele Verpackungsfunktionen – insbesondere im direkten Lebensmittelkontakt – nicht erfüllen. Aus diesem Grund wird Papier oft mit einer dünnen Kunststoffschicht versehen, die als Funktionsbarriere dient. Typische Gründe für den Einsatz von Kunststoffanteilen sind:

    • Feuchtigkeits- und Flüssigkeitsschutz: Papier ist von Natur aus durchlässig für Wasser und Wasserdampf. Eine Kunststoffbeschichtung macht die Verpackung hingegen widerstandsfähig gegen Wasser, Feuchtigkeit und Flüssigkeiten, sodass z.B. kein Wasser oder Wasserdampf durchdringen kann. Dies verhindert, dass das Papier aufweicht oder durchfeuchtet – etwa bei Tiefkühlkost-Verpackungen oder Bechern für Heißgetränke.
    • Fett- und Ölbarriere: Lebensmittel mit hohem Fettgehalt (Fast Food, Backwaren, Snacks) erfordern eine fettabweisende Innenbeschichtung. Kunststoffschichten verhindern das Durchfetten der Verpackung. Ohne diese Barriere würden Öle und Fette das Papier durchdringen und es durchweichen oder unansehnlich machen.
    • Gas- und Aromaschutz: Viele Lebensmittel müssen vor Sauerstoff, Kohlendioxid oder anderen Gasen geschützt werden, um eine lange Haltbarkeit zu gewährleisten. Papier ist gasdurchlässig; daher wird häufig ein Kunststoff mit sehr geringer Permeabilität eingebracht. Zum Beispiel bieten spezielle Polymere einen nahezu dichten Sauerstoff- und Aromaschutz, sodass das Aroma von Kaffee in einer papierbasierten Kaffeeverpackung erhalten bleibt und keine Luft von außen eindringt.
    • Hygiene und Produktsicherheit: Eine durchgängige Kunststoffschicht auf der Innenseite kann als sichere Kontaktfläche zum Lebensmittel dienen. Sie verhindert, dass Fasern oder Partikel des Papiers ins Lebensmittel gelangen, und kann so die sensorische Neutralität (kein Fremdgeruch oder -geschmack) gewährleisten. Zudem können solche Schichten als funktionelle Barriere wirken, die den Übergang unerwünschter Stoffe (z.B. Druckfarben aus dem Papier) ins Lebensmittel verringern.
    • Siegelfähigkeit (Versiegelung): Viele Verpackungen – Beutel, beschichtete Papierfolien, To-Go-Becherdeckel etc. – müssen thermisch versiegelt werden, um dicht zu schließen. Reines Papier lässt sich nicht einfach verschweißen. Die Kunststoffkomponente hingegen ist schweißbar, d.h. sie schmilzt bei Wärme und ermöglicht so stabile Siegelnähte. Ohne Kunststoffanteil könnten z.B. Kaffeebecher nicht mit Deckeln dicht verschlossen oder Papierbeutel nicht automatisch versiegelt werden.
    • Mechanische Stabilität: In manchen Fällen trägt der Kunststoffanteil auch zur Reißfestigkeit und Stabilisierung des Verbundmaterials bei. Die Kunststoffschicht kann das Papier verstärken und unempfindlicher gegen Risse, Einstiche oder mechanische Beanspruchung machen – wichtig z.B. bei schweren oder spitzen verpackten Gütern.

    Zusammenfassend ermöglichen es dünne Kunststoffschichten also, papierbasierten Verpackungen ähnliche Schutzeigenschaften wie reinen Kunststoffverpackungen zu verleihen, ohne dass die äußerliche Anmutung als „Pappe/Papier“ verloren geht. Feuchtigkeit, Fett, Gase und Keime werden abgehalten und die Verpackung bleibt stabil und siegelbar, was für die Sicherung der Produktqualität und -haltbarkeit entscheidend ist. Studien beziffern den Kunststoffanteil solcher funktionalisierten Papierverpackungen typischerweise auf bis zu etwa 10–20 Gewichtsprozent der Gesamtverpackung – ein scheinbar kleiner Anteil, der jedoch eine große Wirkung auf die Leistungsfähigkeit der Verpackung hat.

    Wenn Sie wissen wollen, wie der Kunststoffanteil geprüft und eingeordnet wird, abonnieren SIe gerne unseren Newsletter – Fortsetzungen folgen.

    Autor: Dr. Daniel Wachtendorf, Innoform GmbH August 2025

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