Nachhaltigkeit bei Verpackungen: Warum wasserlösliche Folien immer beliebter werden

Nachhaltigkeit hat sich rasant zu einem globalen Alltagsbegriff entwickelt, und dieser Trend ist insbesondere in der Verpackungsindustrie zu beobachten, wo Plastikmüll zunehmend Anlass zur Sorge gibt. Mittlerweile gibt es eine praktikable Alternative zu herkömmlichen Kunststoffverpackungen: wasserlösliche Folien. Diese sind besser biologisch abbaubar und umweltschonender (1). Der Artikel untersucht die Gründe für das verstärkte Interesse an wasserlöslichen Folien im Bereich nachhaltiger Verpackungen und gibt einen Überblick über einige wissenschaftliche Studien zu diesem Thema.

Umweltauswirkungen herkömmlicher Kunststoffverpackungen

Herkömmliche Kunststoffverpackungen zählen weltweit zu den Hauptursachen der Umweltzerstörung. Da sie nicht biologisch abbaubar sind, verbleiben Kunststoffe Hunderte von Jahren in der Umwelt und verursachen erhebliche Verschmutzungen an Land und im Meer. Aus diesem Grund suchen Unternehmen und Regierungen verstärkt nach Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffverpackungen und setzen dabei auf biologisch abbaubare Verpackungsmaterialien, darunter wasserlösliche Folien (2).

Wasserlösliche Folien, die üblicherweise aus Polyvinylalkohol hergestellt werden, zersetzen sich in Wasser und reduzieren die in die Umwelt gelangenden Abfälle um nahezu die Hälfte. Angesichts der alarmierenden globalen Plastikmüllkrise, insbesondere in Ländern wie Indonesien, wo die tägliche Müllproduktion voraussichtlich sprunghaft ansteigen wird, geben wasserlösliche Folien Anlass zu Optimismus (3).

biologische Abbaubarkeit und Abfallreduzierung

Ein großer Vorteil wasserlöslicher Folien ist ihre biologische Abbaubarkeit. Während herkömmliche Kunststoffverpackungen jahrzehntelang in der Umwelt verbleiben, lösen sich wasserlösliche Folien unter Einwirkung von Wasser leicht auf und hinterlassen keine giftigen Rückstände. Dadurch eignen sie sich ökologisch für Verpackungsanwendungen wie Waschmittel, Einwegbeutel und Medizinprodukte (4).

Darüber hinaus wurde analysiert, dass Folien aus natürlichen Rohstoffen wie Cellulose, Chitosan oder PVA vollständig biologisch abbaubar sind und sich unter den richtigen Bedingungen innerhalb weniger Tage oder Wochen in Fragmente zersetzen. Laut Chen et al. (2019) ist dies eine Garantie dafür, dass die Industrie durch den Einsatz dieser Materialien dazu beitragen kann, die hohe Belastung von Deponien und die Meeresverschmutzung zu reduzieren (5).

Branchenübergreifende Vielseitigkeit

Wasserlösliche Folien finden in einer Vielzahl von Branchen Anwendung, darunter die Pharma-, Agrar- und Lebensmittelindustrie. Sie werden beispielsweise für die Verpackung von Lebensmitteln wie Fertiggerichten, Ölen und Soßen verwendet. Da sie sich schnell in Wasser auflösen, sind sie für Verbraucher einfach anzuwenden und tragen vorteilhaft zur Reduzierung von Plastikmüll durch Einzelverpackungen bei (6).

Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich wasserlöslicher Folien liegt in der Pharma- und Gesundheitsbranche. Medikamente, die sich leicht in Wasser auflösen, werden mithilfe dieser Folien als Einzeldosen verpackt; dadurch entsteht kein Verpackungsmüll. In der Medizin werden sie beispielsweise zur Verpackung von resorbierbarem Nahtmaterial und biologisch abbaubaren Implantaten verwendet (7).

Verbesserte Produktsicherheit und Hygiene

Gründe für die zunehmende Verwendung wasserlöslicher Folien sind unter anderem ihr Beitrag zur Erhöhung der Produktsicherheit und -hygiene. In Branchen, in denen höchste Reinheitsstandards unerlässlich sind, wie beispielsweise in der Pharma- und Lebensmittelverpackungsindustrie, tragen wasserlösliche Folien als Kontaminationsbarrieren zu sterilen und einfach zu handhabenden Verpackungen bei. Die Verpackung löst sich bei Gebrauch auf, wodurch das Kontaminationsrisiko reduziert und die Produktsicherheit gewährleistet wird (8).

Energieeffizienz in der Herstellung und Nutzung

Im Allgemeinen ist die Herstellung wasserlöslicher Folien ein energiesparendes Verfahren, im Gegensatz zu herkömmlichen Kunststoffherstellungsmethoden. Die traditionelle Kunststoffproduktion ist ein großer Energieverbraucher und führt zu hohen Treibhausgasemissionen. Biologisch abbaubare Folien aus nachwachsenden Rohstoffen wie PVA, Stärke und Cellulose werden energiesparend oder emissionsarm hergestellt (9).

Wasserlösliche Folien bieten zudem Energieeffizienz. Beispielsweise lösen sich solche Folien in Waschmittelverpackungen bei Raumtemperatur in Wasser auf. Dadurch wird der Energieverbrauch für das Erhitzen des Waschwassers reduziert. Dies spart Energie und verringert gleichzeitig die Umweltbelastung der Produkte in allen Phasen ihres Lebenszyklus (10).

Reduzierung der Mikroplastikverschmutzung

Neben seiner Hauptrolle bei der Herstellung herkömmlicher Kunststoffe steht es auch in Zusammenhang mit einem der größten Umweltprobleme: dem Mikroplastikproblem, das erhebliche Risiken für Meereslebewesen und Ökosysteme birgt. Traditionelle Kunststoffverpackungen zerfallen leicht in winzige Partikel, die Hunderte von Jahren in Ozeanen und Flüssen verbleiben, marine Ökosysteme verschmutzen und in die Nahrungskette gelangen.

Wasserlösliche Folien unterscheiden sich dadurch, dass sie sich vollständig in Wasser auflösen und somit nicht zur Bildung von Mikroplastik beitragen. Untersuchungen an Folien auf PVA-Basis haben beispielsweise gezeigt, dass sich diese Materialien vollständig in Wasser auflösen und keine Mikroplastikverschmutzung verursachen. Diese Eigenschaft macht sie zu einer idealen Alternative für Branchen, die ihre Umweltbelastung minimieren möchten, insbesondere in Bereichen, in denen das Produkt mit Wasser in Kontakt kommt (11).

Technologische Fortschritte und Anpassungsmöglichkeiten

In den letzten Jahren haben sich wasserlösliche Folien technologisch stark weiterentwickelt. Anbieter bieten heute eine wachsende Zahl kundenspezifischer Lösungen für die vielfältigen Bedürfnisse unterschiedlichster Branchen an. Beispiele für Spezialfolien sind Folien mit vordefinierter Löslichkeitsrate, mechanischer Festigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit gemäß spezifischer Anforderungen.

Auch Lebensmittelverpackungen haben sich mit den technologischen Fortschritten im Bereich der Folien weiterentwickelt. Diese Folien verleihen den Materialien zusätzliche antioxidative und antimikrobielle Eigenschaften und verlängern so die Haltbarkeit verderblicher Waren. Beispielsweise bieten Chitosan- und Cellulosefolien vielversprechende Möglichkeiten als umweltfreundliche, biologisch abbaubare Verpackungsmaterialien mit zusätzlichen antimikrobiellen Eigenschaften, die sich für die Lebensmittelkonservierung eignen (12).

Biologisch abbaubare Verpackungen für die Lebensmittelindustrie

Die Lebensmittelindustrie setzt vermehrt auf wasserlösliche Folien, um Plastikmüll zu reduzieren. Einweglebensmittel in Verpackungen wie Beuteln und Tüten tragen maßgeblich zum Plastikmüll bei; die Verwendung wasserlöslicher Folien kann dieses Problem verringern. Wasserlösliche Folien haben die Verpackungsbranche revolutioniert, da sie sich in Wasser auflösen und somit verhindern, dass Abfall auf Deponien landet.

Forschungsergebnisse zeigen, dass essbare, wasserlösliche Folien in Verpackungsanwendungen wie Soßen oder Fertiggerichten aus Hydrokolloiden wie Cellulose und Stärke eine hohe Wirksamkeit aufweisen. Diese Folien bieten nicht nur Vorteile hinsichtlich Nachhaltigkeit, sondern auch die Möglichkeit, innovative Verpackungslösungen zu entwickeln, die den Verbraucherkomfort verbessern (13).

Wirtschaftliche Tragfähigkeit und Skalierbarkeit

Die Kosten für wasserlösliche Folien sind jedoch im Laufe der Zeit stetig gesunken und liegen nun im wirtschaftlichen Rahmen für Unternehmen. Anfänglich war die Herstellung biologisch abbaubarer Alternativen zu Kunststoffen teurer, was die Massenproduktion einschränkte. Verbesserungen im Herstellungsprozess und bei der Rohstoffbeschaffung haben diese Folien jedoch wirtschaftlich rentabler und für die Massenproduktion skalierbarer gemacht (14).

Wasserlösliche Folien stellen eine kostengünstige und gut skalierbare Option für alle Unternehmen dar, die von herkömmlichen Kunststoffen auf umweltfreundlichere Alternativen umsteigen möchten, insbesondere in einer Zeit, in der der regulatorische Druck zur Reduzierung von Plastikmüll weltweit zunimmt.

Abschluss

Wasserlösliche Folien eröffnen aufgrund ihrer nachhaltigen, biologisch abbaubaren und anpassungsfähigen Eigenschaften vielversprechende Perspektiven für die Zukunft der Verpackung. Von der Vermeidung von Plastikmüll bis hin zu verbesserter Produktsicherheit und -hygiene bieten wasserlösliche Folien zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Kunststoffverpackungen. Da verschiedene Branchen weiterhin nach umweltfreundlicheren Alternativen suchen, dürften wasserlösliche Folien zukünftig eine führende Rolle im Bereich nachhaltiger Verpackungen spielen. In Branchen wie der Pharmaindustrie und dem Gesundheitswesen könnte die breite Anwendung dieser Technologie langfristig den ökologischen Fußabdruck verringern und zu einer grüneren Zukunft beitragen.

Referenzen

1. Liu X, Shi M, Luo Y, Zhou L, Loh ZR, Oon ZJ, et al. Abbaubare und auflösbare Dünnschichtmaterialien für Anwendungen in umweltfreundlichen elektronischen Geräten der neuen Generation. Applied Sciences. 2020;10(4):1320.

2. Khoo HH, Tan RB, Chng KW. Umweltauswirkungen von herkömmlichen Plastik- und biobasierten Tragetaschen: Teil 1: Lebenszyklus der Produktion. The International Journal of Life Cycle Assessment. 2010;15:284–93.

3. Hussain MA, Mishra S, Agrawal Y, Rathore D, Chokshi NP. Ein vergleichender Überblick über biologisch abbaubare und konventionelle Kunststoffverpackungen. Interactions. 2024;245(1):126.

4. Vandermeulen GWM, Boarino A, Klok H. Biodegradation von wasserlöslichen und wasserdispergierbaren Polymeren für landwirtschaftliche, Konsumgüter- und industrielle Anwendungen – Herausforderungen und Chancen für nachhaltige Materiallösungen. Journal of Polymer Science. 2022 Jun 15;60(12):1797–813.

5. Chen J, Chen F, Meng Y, Wang S, Long Z. Oxidierte mikrokristalline Cellulose verbessert thermoplastische Stärke-basierte Verbundfolien: Thermische, mechanische und Wasserlöslichkeitseigenschaften. Polymer. 2019;168:228–35.

6. Demircan B, Velioglu YS. Revolutionierung von Einweg-Lebensmittelverpackungen: Ein umfassender Überblick über heißsiegelfähige, wasserlösliche und essbare Beutel, Sachets, Tüten und Packungen. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2023 Dez 20;1–21.

7. Jin SH, Kang SK, Cho IT, Han SY, Chung HU, Lee DJ, et al. Wasserlösliche Dünnschichttransistoren und -schaltungen auf Basis von amorphem Indium-Gallium-Zinkoxid. ACS Appl Mater Interfaces. 2015 Apr 22;7(15):8268–74.

8. Pires AF, Díaz O, Cobos A, Pereira CD. Ein Überblick über die jüngsten Entwicklungen bei essbaren Filmen und Beschichtungen – Schwerpunkt Molkebasierte Materialien. Foods. 2024;13(16):2638.

9. Wang M, Jia X, Liu W, Lin X. Wasserunlöslicher und flexibler transparenter Film auf Basis von Carboxymethylcellulose. Carbohydrate Polymers. 2021;255:117353.

10. Abdullah ZW, Dong Y. Biologisch abbaubare und wasserbeständige Polyvinylalkohol (PVA)/Stärke (ST)/Glycerin (GL)/Halloysit-Nanoröhrchen (HNT)-Nanokompositfolien für nachhaltige Lebensmittelverpackungen. Frontiers in Materials. 2019;6:58.

11. Shanmugam K, Doosthosseini H, Varanasi S, Garnier G, Batchelor W. Nanocellulose-Filme als Luft- und Wasserdampfbarrieren: Eine recycelbare und biologisch abbaubare Alternative zu Polyolefinverpackungen. Sustainable Materials and Technologies. 2019;22:e00115.

12. Yadav M, Behera K, Chang YH, Chiu FC. Mit Cellulose-Nanokristallen verstärkte, chitosanbasierte UV-Barriere-Verbundfolien für nachhaltige Verpackungen. Polymers. 2020;12(1):202.

13. Rosenbloom RA, Zhao Y. Essbare, wasserlösliche und antioxidative Folien auf Basis von Hydroxypropylmethylcellulose oder Sojaproteinisolat für die Verpackung von Distelöl. Journal of Food Science. 2021 Jan;86(1):129–39.

14. Del Curto B, Barelli N, Profaizer M, Farè S, Tanzi MC, Cigada A, et al. Poly-Paper: Ein nachhaltiges Verpackungsmaterial auf Basis von Recyclingpapier, das mit Papier recycelbar ist. Journal of Applied Biomaterials & Functional Materials. 2016 Okt. 2;14(4):490–5.