Im Fachblatt ACS Omega veröffentlichte Forschungsergebnisse legen nahe, dass der Ersatz der Kunststoffschicht durch Papier ein nachhaltigeres Verpackungsmaterial schaffen könnte. Die Forscher nutzten mechanische Demonstrationen und Computersimulationen, um Papier-Aluminium-Laminatdesigns zu identifizieren, die keine Kompromisse bei der Leistung eingehen.
Schutzverpackungen wie Behälter aus Polyethylen- und Aluminiumlaminaten vereinen die Festigkeit und Haltbarkeit von Kunststoff mit den feuchtigkeits- und lichtabweisenden Eigenschaften von Aluminiumfolie. Diese Materialien sind zwar wirksam, doch die Verbraucher wünschen sich inzwischen weniger Kunststoff und umweltfreundlichere Materialien für die Verpackungen, die sie nach Hause bringen. Um eine solche Option für Schutzverpackungen ohne Abstriche bei der Funktionalität zu schaffen, entwickelten Hamed Zarei und seine Kollegen verschiedene Papier-Aluminium-Laminate und verglichen deren Festigkeit und Haltbarkeit mit herkömmlichen Polyethylen-Aluminium-Verpackungen.
Zunächst stellte Zareis Team zwei Papier-Aluminium-Laminate her:
Ein in Maschinenrichtung (MD) laufendes Laminat aus Aluminium und Papier mit Fasern, die parallel zur Belastungsrichtung der Maschine (mit der Maserung) verlaufen.
Ein Querrichtungslaminat (CD) aus Aluminium und Papier mit Fasern, die senkrecht zur Maschinenbelastungsrichtung (gegen die Maserung) verlaufen.
Anschließend verglichen die Forscher die Zugfestigkeit von MD- und CD-Papier-Aluminium-Laminaten mit Polyethylen-Aluminium-Laminaten, indem sie Proben jedes Materials mit allmählich zunehmender Kraft auf Labormaschinen dehnten. Sie erstellten außerdem ein digitales Modell, das mit ihren Zugfestigkeitsdaten verifiziert wurde und mit dem diese Laminat-Dehnungstests nachgestellt und die Reaktion des Materials unter verschiedenen Szenarien zuverlässig vorhergesagt werden konnte.
Bei Zugfestigkeitstests konnte das Polyethylen-Aluminium-Laminat weiter gedehnt werden, ohne zu brechen, als die beiden Papier-Aluminium-Laminate. Und von den beiden papierhaltigen Materialien konnte das aus MD-Papier hergestellte weiter gedehnt werden, bildete aber schneller Risse entlang der Papierfaser als das CD-Papier. Durch Simulationen des MD-, CD- und eines gemischten MD/CD-Papiers auf ihrem digitalen Modell sagten die Forscher voraus, dass eine Aluminiumfolie in Kombination mit einer Papierschicht aus MD- und CD-Fasern mechanische Eigenschaften ergeben würde, die nahezu identisch mit denen eines herkömmlichen Polyethylen-Aluminium-Laminats sind.
Credits
Hamed Zarei
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.4c05798
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