Entwicklung eines laugelöslichen Folienmaterials für die Etikettierung von Häuten

BMWi IGF 20310 BR | Laufzeit: 11.2018 – 04.2021 Anke Mondschein, FILK Freiberg
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Ausgangssituation

Bei der Lederherstellung werden Häute ab Schlachthof mit Schlaufen­etiketten markiert. Diese aus konventio­nellen Polymeren bestehenden Etiketten müssen im weiteren Produktions­prozess bislang aufwändig per Hand entfernt werden. Reste dieser Etiketten verursachen zudem regelmäßig Schwierigkeiten bei der Weiter­ver­mark­tung von Neben­produkten als Rohstoff für die Lebensmittel­industrie sowie bei der in den Produktions­prozess integrierten energetischen Verwertung von Rest­stoffen und der Abwasser­aufbereitung. Durch den Einsatz von lauge­löslichen Etiketten würde ein manuelles Entfernen von Kunststoff­etiketten entfallen.

Projektziel

Ziel des vorliegenden Projektes war, eine wasser­beständige, aber in Lauge lösliche Folie zu entwickeln, die für Schlaufen­etiketten für die Markierung von Rinder­häuten ab Schlachthof eingesetzt werden kann. Etiketten, die sich in Lauge lösen oder zersetzen, können in der ersten Stufe der Weiter­ver­arbeitung der Häute durch ihre Auflösung in der Äscher­flotte über das Abwasser entfernt werden. Die genannten Probleme können so vermieden werden. Das angestrebte Material könnte in leder­her­stellenden Unternehmen zu erheblicher Kosten­einsparung durch Verminderung manueller Tätigkeiten, geringerer Verunreinigung von Neben­stoff­strömen sowie durch verringerte Reparatur­auf­wendungen an Pump­systemen beitragen. Die zu entwickelnden Folien sollten nach Möglichkeit biologisch abbaubar sein.

Lösungsweg

Die am Markt mindestens semi­industriell verfügbaren, in Lauge löslichen oder desinte­grier­baren Polymere sollten durch Blend­her­stellung oder Zusatz von Weich­machern in ihrem Eigen­schafts­profil den Anforderungen an ein Etiketten­material angepasst werden. Aus Vorversuchen erschienen vor allem Blends aus thermo­plastischer Stärke/Polycaprolacton (PCL) sowie spezielle Poly­acrylate geeignet. Da Poly­acrylate nicht biologisch abbaubar sind, wurden darüber hinaus Cellulose­diacetate (CDA) sowie Blends mit Lignin und Keratin eingesetzt.

Es wurden Blends mit Lignin, Poly­caprolacton (PCL) und Cellulose­diacetat (CDA) hergestellt. Es konnten bis zu 30 % Lignin in eine Polycaprolacton-Matrix eingearbeitet werden. Die aus dem PCL/Lignin-Blend hergestellten Folien zeigten jedoch unzureichende Festig­keiten. Zudem weisen sie einen starken Eigen­geruch auf, der die Akzeptanz dieser Folien erheblich einschränkt. Die Herstellung von Blends mit Cellulose­diacetat konnte mit Weich­macher und Lignin sowie Keratin realisiert werden. Haar­keratin wird im Prozess des Äscherns während der Leder­herstellung aufgelöst und sollte daher die Löslich­keit des Folien­materials verbessern. Die Herstellung von Folien erfolgte mit 20 % Lignin oder 20 % Keratin. Neben guten mechanischen Festig­keiten konnte im Äscher eine nahezu vollständige Desinte­gration erreicht werden. Allerdings weisen diese Folien eine erhebliche Quellung in Wasser auf. Dadurch wird vor allem die Halt­bar­keit der Beschrif­tungen stark beeinträchtigt.

Da Stärkeblends semi­industriell gefertigt zur Verfügung gestellt werden konnten, konzen­trierten sich die Unter­suchungen im Projekt­verlauf auf dieses Material. Die Stärke/Polyesterblends weisen von den im Äscher­prozess desinte­grier­baren Folien die niedrigste Quellung in Wasser auf (Abb. 1). Es wurden Zugfestig­keiten im trockenen Zustand bis 20 MPa sowie im nassen Zustand bis 14 MPa erreicht. Die aus geeigneten Folien hergestellten Schlaufen­etiketten (Abb. 2) wurden in Pilot­versuchen bis 200 kg Rohhaut getestet. Dabei zeigte sich, dass die Stege der Etiketten in feuchter Umgebung und bei starker mechanischer Beanspruchung zum Teil reißen.

Die Bedruck­barkeit der Etiketten sollte mit einer wetter­festen, lebens­mittel­echten Druck­farbe gewähr­leistet werden. Versuche mit wasser­basierten Farben waren nicht erfolgreich. Mit einem lösemittel­basierten System, das für direkten Lebensmittel­kontakt geeignet ist, konnten gegen Wasser und Fett beständige kratzfeste Beschichtungen aufgebracht werden.

Ergebnisse | Nutzen

Innerhalb des Projektes konnten im Äscher desinte­grier­bare Folien hergestellt werden, die die Nachteile der bislang eingesetzten Etiketten vermeiden. Dazu zählen insbesondere die Verunreinigung von Nebenströmen für die Gelatine-Herstellung, das damit verbundene manuelle Entfernen der Etiketten sowie die Störung des Pumpen­betriebs in der Neben­strom­förderung. Die Folien konnten aus biologisch abbaubaren Stärke/Polyester­blends mit üblichen Extrusions­verfahren als Flach­folie hergestellt und ein beständiger Aufdruck auf den Etiketten realisiert werden. Mittels Laser­schneiden wurden Etiketten­muster mit zwei verschiedenen Abmessungen hergestellt und im Äscher­prozess getestet. Die Etiketten­reste waren nach dem Äscher kaum auffindbar. Nach den Pilot­versuchen im Weiche­fass mit 200 kg Beladung mit Rohhäuten zeigte sich jedoch, dass Etiketten mit handels­üblichen Abmessungen in der Weiche bereits reißen. Um sicherzustellen, dass die Etiketten während des Transportes, Umlagerns und Sortierens der Häute verlässlich nicht reißen, sind Versuche mit größeren Folien­dicken notwendig.

   

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Danksagung

Das IGF-Vorhaben 20310 BR der Forschungs­vereinigung „Forschungs­gemeinschaft Leder e. V.“, Mainzer Landstr. 55, 60329 Frankfurt/Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der „Industriellen Gemeinschafts­forschung und -entwicklung (IGF)“ vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundes­tages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.

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