Die Verwendung von Pflanzenölen zur Erzeugung wasserabweisender Eigenschaften auf Papier steht im Fokus der Forschungen am Fraunhofer IST. Im Gegensatz zu Kunststoff, der aus erdölbasierten Rohstoffen besteht und die Umwelt belastet, ist Papier ein nachwachsender Rohstoff, der biologisch abbaubar ist. Allerdings bildet unbeschichtetes Papier keine ausreichende Barriere gegen Feuchtigkeit oder Sauerstoff und ist empfindlich gegenüber Temperatur, Nässe und Bakterien. Um die Vorteile von Papier zu maximieren und die Recyclingmöglichkeiten zu verbessern, arbeiten die Forschenden eng mit der Technischen Universität Darmstadt und dem Thünen-Institut für Holzforschung zusammen, um die Lebensdauer und Qualität von Papierprodukten zu erhöhen.
Innovative Beschichtungstechnologie
Das Projektteam verwendet ungenutzte Pflanzenstoffe mit hohem Anteil an ungesättigten Fettsäuren, um Papier hydrophob zu machen. Die Atmosphärendruck-Plasmatechnologie wird eingesetzt, bei der Gas durch Hochspannung unter Umgebungsdruck ionisiert wird, um ein Plasma zu erzeugen. Die Pflanzenstoffe werden in ein Aerosol überführt und in das Plasma eingeleitet, um Polymernetzwerke zu bilden. Martin Bellmann, Wissenschaftler am Fraunhofer IST, erklärt: „Erst durch den Einsatz des Plasmas werden die pflanzlichen Moleküle reaktiv und vernetzen sich zu Polymeren.“
Neuartige Plasmaquellen für gleichmässige Beschichtungen
Ein neu entwickeltes Plasmaquellenkonzept sorgt dafür, dass die Einflüsse der Umgebungsluft bei höheren Beschichtungsgeschwindigkeiten minimiert werden. Dies gewährleistet gleichbleibende und reproduzierbare Ergebnisse. „Durch unsere Technologie können wir die Verwirbelungen der Umgebungsluft, die die Plasmaeigenschaften beeinträchtigen könnten, vermeiden“, sagt Bellmann. Die Forschenden arbeiten mit Plasmatemperaturen von etwa 70 Grad, um die Eigenschaften des Papiers und der biobasierten Vorläufermoleküle nicht zu beeinflussen.
Ermutigende Ergebnisse mit pflanzenbasierten Stoffen
In zahlreichen Tests konnten die Forschenden belegen, dass sich biobasierte Stoffe wie Oliven- und Chiaöl durch Plasma erfolgreich auf Papier aufbringen lassen. Diese hydrophoben Schichten könnten beispielsweise für Umzugskartons verwendet werden, die durch die neuen Beschichtungen auch längeren Regenperioden standhalten können, ohne aufzuweichen. „Unser Ziel ist es, die Abhängigkeit von fossilen Ressourcen zu reduzieren und den Übergang zu einer ressourceneffizienten Wirtschaft zu unterstützen“, betont Bellmann.
