PP / Polypropylen

Polypropylen ist ein wichtiges Material in der Verpackungsindustrie

Polypropylen, abgekürzt auch PP genannt, ist ein thermoplastischer Kunststoff, der zu den Polyolefinen gehört. Es ähnelt in seinen Eigenschaften dem zur gleichen Produktfamilie gehörenden Polyethylen. Das Material ist aber härter und wärmebeständiger als Polyethylen. Es wird vor allem für die Herstellung geformter Kunststoffteile aber auch als Verpackungsmaterial verwendet. Polypropylene werden in einem Polymerisationsverfahren bei niedrigen Drücken oder in der Gasphase aus dem Monomer Propen hergestellt. Sie sind nach Polyethylen die am zweithäufigsten verarbeiteten Standardkunststoffe.

Isotaktische und ataktische Polypropylene

Sind die Methylgruppen (CH3-Atomgruppen) in Polypropylen gleichmäßig ausgerichtet, so spricht man von isotaktischem, bei zufälliger Ausrichtung von ataktischem Polypropylen. Die unterschiedliche Molekularstruktur der Polymerketten hat unterschiedliche Eigenschaften der Polypropylene zur Folge. Isotaktisches Polypropylen hat eine hohe Kristallinität und weist eine hohe Steifigkeit und Festigkeit auf, während ataktisches eher weich und zäh ist. Der Anteil der isotaktischen Polypropylene liegt in der industriellen Verarbeitung bei über 90 Prozent der Produkte. 

Versprödung bei Polypropylenen

Bei minus 10 bis minus 15 °C wird die sogenannte Glasübergangstemperatur erreicht. Das bedeutet, dass bei dieser Temperatur die Versprödung des Kunststoffs beginnt und er deshalb bei tieferen Temperaturen nicht mehr einsetzbar ist. Um dem entgegenzuwirken gibt es im Produktionsprozess verschiedene Möglichkeiten: Durch Copolymerisation können geringe Mengen an Ethylen beigemischt werden. Durch Coextrusion mit anderen Thermoplasten können auch weitere Veränderungen der Produkteigenschaften erreicht werden, so zum Beispiel die Heißsiegelfähigkeit der Folien. 

Produkteigenschaften von Polypropylenfolien

Aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit eignen sich Polypropylene als biaxial orientierte Polypropylenfolie (PP-BO) für die Verpackung von Lebensmitteln, zur Erwärmung in der Mikrowelle sowie zum Abfüllen heißer Flüssigkeiten. Sie verfügen über sehr gute, mechanische Eigenschaften wie Reiß-, Stoß- und Durchstoßfestigkeit sowie hervorragende, optische Eigenschaften wie Glanz und Transparenz. Die Folien sind undurchlässig für Wasserdampf und unempfindlich gegen Wasser. Sie besitzen ausgezeichnete Wärme- und Kältebeständigkeit, sind kratzfest und verfügen über eine hervorragende Dimensionsstabilität. Sie weisen eine sehr gute Beständigkeit gegen Öle, Fette und Lösungsmittel auf und sind geruchs- und geschmacksneutral sowie bei direktem Kontakt mit Lebensmitteln physiologisch einwandfrei. 

Verarbeitung von PP-BO-Folien

Diese Folien werden biaxial, also sowohl in Längs- wie auch in Querrichtung verstreckt. Sie haben mit nahezu 90 Prozent den bedeutendsten Anteil in der Produktion von Polypropylenfolien. Sie sind häufig unter der Bezeichnung BOPP (biaxial orientiertes Polypropylen) bekannt. Nach neueren Konventionen wird jedoch das Kürzel PP-BO verwendet, da innerhalb aktueller Normen immer zuerst das Kurzzeichen für das polymere Basismaterial angegeben wird. Durch die biaxiale Verstreckung erreicht man wesentliche Verbesserungen der Folien-Eigenschaften hinsichtlich Transparenz, Steifigkeit, Kältebeständigkeit und Undurchlässigkeit von Wasserdampf und Gasen.

Verbundfolien aus Polypropylen

Die Herstellung von Verbundfolien in Kombination mit anderen Kunststofffolien, Aluminiumfolien oder Papier sind ein wichtiges Einsatzgebiet von Polypropylenfolien. Auch bei der Hochglanzkaschierung von Karton oder als Trennfolien werden sie eingesetzt. Bei der oben schon erwähnten Coextrusion werden kleinere Extruder an das Reckverfahren der Polypropylenfolien gekoppelt. Dazu werden Copolymere aus Ethylen und einem Anteil an Propylen genutzt oder auch Venylacetat, Ethylen oder Propylen. Weil die Siegelschichten mit den Polypropylenfolien das Reckverfahren durchlaufen, sind auch bei den Verbundfolien sehr geringe Foliendicken möglich. Aufgrund seiner hohen Variationsbreite bei den erzielten Eigenschaften und seiner deutlich wirtschaftlicheren Herstellungsweise ist die Coextrusion den ebenfalls möglichen Lackierverfahren überlegen.

Anwendungsbereiche von heißsiegelfähigen PP-BO-Folien

Heißsiegelfähige PP-BO Folien werden in der Lebensmittelverpackung eingesetzt beispielsweise für Süß- und Backwaren, Teigwaren, Snackartikel, Trockenfrüchte oder Kartoffelprodukte. Darüber hinaus finden sie Anwendung bei der Verpackung von Papierwaren, Textilien, medizinischen und kosmetischen Artikeln. Durch Zusatz von Additiven kann PP-BO besonders gleitfähig gemacht werden oder antistatisch ausgerüstet werden. So eignen sich Polypropylen-Verbundfolien auch für den Einsatz auf Verpackungsmaschinen aller Art. Sie haben sich aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften und Vorteile auch in der sehr anspruchsvollen Zigarettenindustrie als Verpackungsfolie gegen das lange Jahrzehnte eingesetzte Cellophan durchgesetzt.

Ungereckte Polypropylenfolie

In bestimmten Bereichen der Lebensmittelindustrie werden auch ungereckte Polypropylenfolien, sogenanntes Cast Polypropylen oder CPP als Verpackungsmaterial eingesetzt. CPP zeichnet sich durch besonders hohe Transparenz, sehr gute Steifigkeit und Abriebfestigkeit aus. Auch als Laminierungsschicht in Mehrschichtfolien findet CPP Verwendung. Als teilkristalliner Thermoplast gehört CPP ebenfalls zu den Polyolefinen.

Recycling von Polypropylenverpackungen

Post-Consumer Verpackungen aus PP, also Verpackungen, die von Verbrauchern über die gelbe Tonne oder den gelben Sack entsorgt werden, erreichen heute einen hohen Recyclinggrad. Mit moderner Recycling-Technologie können über die Wertstoffsammlung gesammelte Polypropylenfolien in hoher Sortenreinheit aussortiert und von anderen Materialien getrennt werden. Mit Hilfe der Nahinfrarotspektroskopie gelingt dies automatisiert, in der erforderlichen Qualität und mit einem finanziellen Aufwand, der ein Recycling rechtfertigt. Die in hoher Sortenreinheit getrennten Kunststoffmaterialien können anschließend gut weiterverarbeitet und wieder in den Produktionsprozess eingeführt werden. Ein Recycling von Verbundfolien aus PP und anderen Kunststoffarten ist bisher noch nicht möglich. Methoden, Verbundkunststoffe durch enzymatische Prozesse in wiederverwendbare Grundprodukte aufzuspalten, werden zwar erforscht, sind aber noch nicht in großtechnischen Verfahren im Einsatz.

Entsorgung von PP-Verpackungen

Zur Entsorgung im gelben Sack oder der gelben Tonne müssen PP-Verpackungen von anderen Kunststoff- oder Metallbestandteilen getrennt werden, soweit dies möglich ist. Nur dann kann das Material bei der Sortierung sortenrein erfasst werden. Die Verpackungen müssen restentleert und von groben Verschmutzungen gereinigt sein. Ein Ausspülen oder Spülen der Verpackungen ist normalerweise nicht erforderlich. Tüten aus PP nehmen am wenigsten Platz in der gelben Tonne oder im gelben Sack ein, wenn sie zur Entsorgung gefaltet werden.

Lizenzen für das Inverkehrbringen von PP-Verpackungen

Firmen, die für ihre Produkte PP-Verpackungen verwenden, sind verpflichtet für diese Verpackungen Lizenzgebühren zu entrichten, die den Entsorgungsprozess finanzieren. Die seit 1991 gültige Verpackungsverordnung wurde 2019 vom Verpackungsgesetz abgelöst. Hier wird die Entsorgung von Verkaufsverpackungen geregelt und alle „Inverkehrbringer“ von Verpackungen für Endkunden werden verpflichtet, ihre Verpackungsmengen zu registrieren und die Entsorgung mitzufinanzieren. Dazu wurde die private Stiftung Zentrale Stelle Verpackungsregister gegründet, die für eine faire Verteilung der Lizenzgebühren sorgt. Alle Daten, die Lizenznehmer brauchen, um ihre PP-Verpackungen beim Dualen System anzumelden, liefern die Hersteller der PP-Verpackungen.

Bedeutung der PPWR für Produzenten und Anwender von PP-Verpackungen

Die neue europäische Verpackungsverordnung PPWR (Packaging and Packaging Waste Regulation) sieht für sogenannte kontaktempfindliche Verpackungen Vorgaben zur Recyclingfähigkeit und ab 2030 auch zum Recyclatanteil in den Verpackungen vor. Für PP ist ab 2030 ein Recyclatanteil von 10 Prozent vorgeschrieben, ab 2040 ein Anteil von 25 Prozent. Firmen, die PP-Verpackungsfolien herstellen oder in Verkehr bringen, tun gut daran, sich schnellstmöglich mit diesen Vorgaben auseinanderzusetzen, um nicht in einigen Jahren mit Versorgungsengpässen kämpfen zu müssen oder auf andere Produkte umstellen zu müssen. Es ist nicht immer einfach Produktionsprozesse ad hoc anzupassen oder umzustellen. Deshalb ist ein ausreichend langer Vorlauf für die Umstellungsprozesse auf PP-Verpackungen mit entsprechendem Recyclatanteil einzuplanen.

Weitere relevante Vorschriften aus der PPWR

Wichtige Vorschriften der PPWR betreffen biobasierte Grundstoffe, Kompostierbarkeit, Wiederverwendbarkeit und Wiederbefuüllbarkeit von Verpackungen. Für wiederverwendbare Systeme sind Zielvorgaben ebenfalls für 2030 und 2040 in der Verordnung formuliert. Streng geregelt werden auch die Informationspflichten, die auf Verpackungen angebracht sein müssen:

• Jede Verpackung braucht ein Identifikationsmerkmal wie z. B. Chargen- oder Seriennummer und Kontaktangaben wie Name, Marke und Anschrift des Erzeugers oder Importeurs auf der Verpackung
• Ab 2026 ist ein QR-Code auf den PP-Verpackungen erforderlich
• Ab 2028 sind Angaben zu Materialzusammensetzung, Kompostierbarkeit, dem beinhalteten Recyclatanteil und zur Wiederverwendbarkeit erforderlich
• Ab 2030 sind Informationen zu enthaltenen, besorgniserregenden Stoffen vorgeschrieben

Alle diese Vorgaben gilt es auch mit PP-Verpackungen einzuhalten, sollen diese weiterhin Verwendung finden. Hersteller und Anwender von Verpackungen aus PP-Material sind gefordert, dazu gemeinsam Lösungen zu erarbeiten.

Temperaturbeständigkeit von Polypropylen

Polypropylen ist hitzebeständig für den dauerhaften Gebrauch bis ca. 100° Celsius. Kurzfristig sind auch höhere Temperaturen bis 140° Celsius möglich. Polypropylen ist damit hitzebeständiger als viele andere thermoplastische Kunststoffe wie zum Beispiel PVC oder Polystyrol. Es ist aber nicht so hitzebeständig wie PET-Folie oder Polyamid, die bis 200° Celsius belastbar sind.
Die Glasübertragungstemperatur von Polypropylen liegt bei ca. 0° Celsius, weshalb das Material bei Minustemperaturen versprödet. Für den Einsatz im Außenbereich muss Polypropylen zusätzlich ausgerüstet werden. Allerdings sind alle angegebenen Werte Mittelwerte, denn die Molekülstruktur von Polypropylen, die Kristallinität und die Sphärolithstruktur sowie Höhe von mittlerer Molmasse und die Verteilung der Molmasse können im Produktionsprozess variiert werden. Dadurch werden die Eigenschaften der verschiedenen Polypropylene im Produktionsprozess verändert. Weitere Anpassungen an bestimmte Anforderungen lassen sich nachträglich mit Beschichtungen, Zusatzstoffen oder weiteren Behandlungen erreichen.

Brandverhalten und chemische Eigenschaften von Polypropylen

Wird Polypropylen entzündet, brennt es nach Wegnahme der Zündquelle mit schwach leuchtender Flamme ab. Für sensible Bereiche sind aber Typen verfügbar, die mit einem Flammschutz ausgerüstet sind.
Der nichtpolare Charakter von Polypropylen stattet das Material mit einer hohen chemischen Beständigkeit aus. Auch bei hohen Temperaturen von bis zu 120° Celsius ist Polypropylen beständig gegenüber starken Säuren und Alkalien sowie wässrigen Lösungen von Salzen und auch gegenüber verschiedenen Waschlaugen. Hochkristalline Typen von Polypropylen erreichen eine hohe Beständigkeit gegenüber polaren, organischen Lösungsmitteln sowie Fetten und Ölen, Alkoholen, Estern und Ketonen. Halogene, starke Oxidationsmittel wie Chlorsulfonsäure oder konzentrierte Salpetersäure greifen Polypropylen aber schon bei Raumtemperatur an.

 

Vorteile von Polycarbonat

• Polycarbonat ist extrem schlagfest (Einsatz für Polizeischilde)
• Polycarbonat ist lichtdurchlässiger als Glas
• Polycarbonat ist nicht brennbar und gilt damit als feuerhemmend
• Polycarbonat ist um den Faktor 250 bruchsicherer als Glas
• Polycarbonat ist dimensionsstabil, das gilt auch für Polycarbonatfolie
• Die Temperaturbeständigkeit von Polycarbonat reicht von -40° bis 130° Celsius
• Polycarbonat ist bedruckbar

Nachteile von Polycarbonat

• Polycarbonat vergilbt im Lauf der Zeit, was Transparenz und Ästhetik der Folien oder anderer Produkte beeinträchtigt
• Polycarbonat verkratzt leicht, was die Optik des Materials beeinträchtigt
• Polycarbonat ist nicht beständig gegenüber organischen Lösungsmitteln und Tensiden
• Polycarbonat ist anfälliger für Algenbildung als Glas
• Bei hohen Temperaturen verändert Polycarbonat seine mechanischen Eigenschaften
• Polycarbonat ist ein Produkt der Petrochemie und nicht biologisch abbaubar, insofern ist es nicht umweltfreundlich

Herstellung von Polycarbonatfolie

Polycarbonat ist ein thermoplastischer Kunststoff und chemisch ein Polyester der Kohlensäure. Durch Polykondensation werden Polycarbonate aus Phosgen und Diolen hergestellt oder es wird eine ringöffnende Polymerisation von cyklischen Carbonaten durchgeführt. Das Material wurde bereits 1898 von Alfred Einhorn entdeckt, aber erst 1958 wurde das erste industriell verwendbare Polycarbonat bei Bayer hergestellt und unter dem Handelsnamen Makrolon auf den Markt gebracht. Die Grundstoffe stammen aus der Petrochemie, weshalb Polycarbonatfolie kein umweltfreundlicher Kunststoff ist. Durch Spritzgießen und Thermoformen werden diverse Formen und Gefäße aus dem amorphen Material produziert, durch Extrusion werden daraus Polycarbonatfolien hergestellt. Diese werden in vielen Bereichen eingesetzt wie der Produktion von Medizingeräten, Elektronik, Brillen, hitzebeständigen Visieren, bei LED-Beleuchtungen, Autoscheinwerfern oder architektonischen Verscheibungen.

Lichtdurchlässigkeit von Polycarbonatfolie

Polycarbonatfolien lassen 90 Prozent des sichtbaren Lichts passieren und sind damit sehr gut lichtdurchlässig. Für UV-Licht sind sie aber nahezu undurchlässig. Dies schützt mit Polycarbonatfolie verpackte Artikel und in gewissem Maße auch die Folie selbst vor durch UV-Einstrahlung ausgelösten Schäden. Für die Anwendung unter direkter Sonneneinstrahlung brauchen Polycarbonatfolien jedoch eine zusätzliche Ausrüstung der Oberfläche. Durch eine strukturierte Oberfläche lässt sich auch ein Lichtstreueffekt von Polycarbonatfolie erreichen, wenn das für eine Anwendung gewünscht wird.

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