Jun 222016
 
Capri-Sonne_150

Die Erfolgsgeschichte des Standbodenbeutels, heute aus keinem Verkaufsregal mehr wegzudenken, begann mit seiner Patentierung durch die Brüder Doyen vor 54 Jahren. Bis zur Mitte der 80er Jahre war der Standbodenbeutel eher eine Randerscheinung und stach nicht gerade durch Anmutung und Konvenienz hervor.

Seine Verbreitung war auf Oliven Olivenund ein Kindergetränk beschränkt. Diese Beutel waren und sind stets vorgefertigt. Zum Füllen und Verschließen gab es vorwiegend Maschinen von Thimonnier oder Indag, dem technischen Unternehmen von Wild und Lizenznehmer von Doy-Pack. Dort war ein System entwickelt worden, welches noch heute die Markenrechte dieses Beutels CAPRI SONNE inne hat und verteidigt. Das Material ist nach wie vor auf der Basis PET/AL/PE aufgebaut und im Laufe der Zeit technisch und wirtschaftlich optimiert worden.

Mit der Einführung der Verpackungsordung ab 1989 übernehmen Verpackungshersteller zunehmend die Verantwortung, die Entsorgung ihrer Produkte und der Standbeutel entwickelt sich zu einem starken Konkurrenten anderer, vorwiegend stabiler Behälter: Es werden immer häufiger Verpackungen mit einem geringeren Gewicht und einem gegen null gehenden Leervolumen entwickelt, kontinuierlich steigen die Mengen der Beutel an.

Dennoch beliefen sich die Mengen 1998 gerade mal auf 4,1 Milliarden Beutel, von denen 87 % auf Capri Sonne entfallen, während die Menge der Beutel mit Wiederverschluss vor 18 Jahren noch unbedeutend war.

Mengenverteilung_Capri-Sonne_andere_Beutel

Mengenverteilung Capri-Sonne und andere Beutel Quelle: Allied Development

 

 

 

 

 

 

Wenige Maschinen waren für die Herstellung und das Befüllen von Beuteln mit Wiederverschluss erhältlich, und die Leistung der verfügbaren Anlagen war sehr gering. Inzwischen sind weltweit über 6 Milliarden Beutel mit einem Ausgießer versehen, und bis 2020 wird eine Verdoppelung dieser Mengen prognostiziert. Dieser Mengenzuwachs in so kurzer Zeit hat Gründe:

  • On the go
  • Convenience
  • Umwelt
  • Kosten

Der Standbodenbeutel kommt einer Generation entgegen, die sich nicht mehr die Zeit nimmt, in Ruhe Nahrung zu sich zu nehmen.

Convenience und Umweltfreundlichkeit werden dabei kritisch diskutiert, und jeder findet ein Argument dafür oder dagegen. Neben dem Erfolg des Produktes haben Hersteller insbesondere die Kosten im Fokus und müssen bei einer Entscheidung zugunsten oder gegen den Standbeutel drei Aspekte betrachten:

  • Beutel (Folie und Ausgießer)
  • Verarbeitungsmaschine
  • Produkt

Die Folie ist die Haut des Beutels. Die Barriereeigenschaften der Folie und die Formenvielfalt  sind soweit fortgeschritten, dass fast alles möglich ist. Die rechteckige Form mit der schlechten Standfähigkeit gehört der Vergangenheit an. Auch die Anforderungen nach verbesserter Barriere für andere Produktgruppen sind erfüllt, ohne dass das Material selbst erheblich teurer wurde. Fensterausschnitte zur realen Betrachtung des Produktes sind ebenso möglich wie auch die Substitution von Aluminium. 

Durch Mengensteigerungen dieser Verpackungsart sind inzwischen auch attraktive Preise für Gebindegrößen bis 300 ml erreicht.        

Der Ausgießer ist zum wichtigsten Bestandteil der Verpackung geworden. Diente er anfangs nur dazu, den Inhalt der „Nachfüllverpackung“ bequemer in andere stabile Gebinde umzufüllen, so ist der Beutel mit dem Wiederverschluss inzwischen zur „Primärverpackung“ aufgestiegen.

Beutelflasche_Frosch

2-Liter-Beutel Frosch

1989 präsentierte Werner&Mertz in Europa den ersten 2-Liter Beutel mit einem wiederverschließbaren Ausgießer. Wie alle bis dahin angebotenen Beutel wurde dieser Beutel durch die verbleibende obere Kopfnaht gefüllt und verschlossen. Diese Methode des Füllens und Verschließens bereitete viele Probleme und war dazu auch noch sehr langsam.

 

 

Spout_2Mittlerweile hat der Ausgießer fast immer eine technische Führung: Mit dieser technischen Führung können ca. 50 Beutel aufgereiht auf einer Schiene hängend der Füllmaschine besser zugeführt, durch den Ausgießer befüllt und dann verschraubt werden. Außerdem können die Beutel so besser transportiert und vereinzelt werden.

 

 

Die Füllmaschine nähert sich damit einer Verschraubmaschine für Spout_1Flaschen an, wobei der Beutel im Gegensatz zur Flasche (fast) luftleer ist und beim Füllen entlüftet werden muss.

Mit dem Druck des Produktes wird der Beutel geöffnet und nimmt dadurch – stark schaumreduziert – den Inhalt schnell durch die meist kleine Öffnung auf. Danach wird – wiederum an der technischen Führung – der Ausgießer mit dem gefüllten Beutel zur nächsten Station geführt und verschraubt.

Entwickelt wurde diese Führung von der Firma Hosokawa in Japan, wo sie unter dem Namen Cheer Pack vermarktet wird. In Europa und USA wird das System von GUALA vermarktet.

Ausgiesser_Heinz_China_bearb

Ob in USA oder China

Heute  sind  fast  alle  Beutel  mit  Ausgießer  nach  diesem  Prinzip aufgebaut. Die Packungen können schnell und sauber verarbeitet werden.  Außerdem werden mit diesem System die Leistungen der Füllmaschinen erheblich gesteigert und so die Kosten reduziert.

Ausgiesser_Gerber_USA_bear

… Beutel mit Ausgießer in jeder Form

Die Verarbeitung des Beutels auf der Schiene hat maßgeblich dazu beigetragen, dass der Beutel heute seinen festen Platz im Regal hat: Weltweit werden 6 Milliarden Packungen jährlich produziert. Neben der Verdoppelung der Mengen in den kommenden vier Jahren werden weitere Entwicklungen wie die Formgebung und die Wiederverwertung sowie das  Kompostieren erwartet.

 

 

Die Maschinen zur Verarbeitung des Beutels spielen dabei eine zentrale Rolle. Drei verschiedene Systeme stehen zur Verfügung:

Füllen-Verschrauben (FC)

Formen-Füllen-Siegeln (FFS)

Einsetzen-Füllen-Verschrauben (IFC)

Maschinen zum Füllen  und  Verschrauben (FC) arbeiten nach dem System GUALA und verarbeiten Beutel mit eingesetztem Ausgießer. Diese werden schon beim Packmittellieferanten mit dem Ausgießer versehen und auf Schienen aufgereiht. Die Zuführung zur FC-Maschine ist über die technische Führung am Hals des Ausgießers möglich. An dieser Führung wird der Beutel während der Verarbeitung gehalten. Um eine Zuführung der einzelnen Beutel nicht  manuell zu vollziehen, werden Schienen eingesetzt, die  je nach Größe des Ausgießers mit ca. 40 bis 70 Beuteln bestückt sind. Die Verschlusskappen werden separat geliefert. Eine automatische Zuführung dieser Beutel ohne eine Schiene ist technisch denkbar, ist aber noch nicht verwirklicht und wahrscheinlich sehr teuer.

Diese Verarbeitung ist mit einer Flaschenfüllmaschine vergleichbar. Der Packmittellieferant trägt die Verantwortung für die Qualität des Beutels und wird dem Käufer eine Angabe zur Häufigkeit eventueller Undichtigkeiten im ‰-Bereich nennen. Bei dieser Form der Herstellung hat der Produkthersteller das Risiko auf den Lieferanten des Packmittels verlagert, wofür er einen entsprechend höheren Preis zahlt.

Mit ca. 1.800 Einheiten sind FC-Maschinen weltweit im Einsatz. Sie ermöglichen eine sichere und risikolose Verarbeitung des vorgefertigten flexiblen Gebindes. Der Systemanbieter stellt dem Verarbeiter also nicht nur die Maschine, sondern  auch das Packmittel. Inzwischen haben sich auch andere Lieferanten auf dieses Schienensystem eingestellt und bieten vergleichbare Systeme an.

Die FFS-Maschinen zum Formen – Füllen – Siegeln haben sich seit 1980 kontinuierlich den Markt der trockenen Produkte erobert. Der Standbeutel wird im Fertigungsprozess hergestellt: Von der Folienrolle wird der Beutel mit seiner Bodenfalte geformt, vereinzelt und das Produkt wird in den oben geöffneten Beutel gefüllt. Nach dem Füllen des Beutels wird der montierte Ausgießer (das Unterteil mit der bereits verschraubten Kappe) in die Kopfnaht des Beutels eingesetzt. Der gefüllte Beutel wird gestreckt, um eine gute Verschweißung in der Kopfnaht zu erreichen. Bei diesem Vorgang steigt der Pegel des Füllgutes nach oben. Damit besteht die Gefahr, dass das Füllgut die Schweißnaht kontaminiert. Dies ist besonders risikoreich bei schäumenden Produkten. Hinzu kommt nicht nur, dass der Beutel oben verschlossen wird, sondern dass der Ausgießer in diese Naht integriert werden muss, wozu ein einfacher Siegelvorgang nicht ausreicht.

Bei diesem Vorgang  können aus verschiedensten Gründen Leckagen entstehen, was bei flüssigen Produkten im flexiblen Beutel beachtet werden muss. Deshalb werden diese Maschinen vorwiegend für trockene Produkte in allen Segmenten eingesetzt.

Für nasse Produkte sind zu mehr als 90 % vorgefertigte Beutel im Einsatz. Für diese Produktkategorie sind die Entnahme und der Wiederverschluss durch den Ausgießer von großer Bedeutung.

Auch die Systemanbieter von FFS-Maschinen haben sich auf den Bedarf eingestellt, Schienensysteme und Packmittel zu liefern.

 

SchienenVerschiedene Schienen für unterschiedliche Ausgießer

Die Schienen sind damit ein integraler Bestandteil und ein notwendiges Übel, um die Beutel  zum Füllen und Verschrauben der Maschine zuzuführen. Eigentümer der Schienen ist in der Regel der Packmittellieferant. Er berechnet diese Schienen (pro Schiene € 00,20 bis – 00,80) und gibt Teilgutschriften, wenn diese leer und kostenfrei wieder zurückgeliefert werden.

Neben dem zusätzlichen Vorlumen liegt der Nachteil dieses etablierten Systems in erheblichen, meist unterschätzten logistischen Problemen und Transportkosten. Zusätzlich müssen die Schienen gereinigt werden, bevor sie wieder eingesetzt werden können.

Der Vorteil neben den geringen Kosten für die Beschaffung der Anlage ist, dass die sichere Bereitstellung des fertigen Packmittels in der Verantwortung des Lieferanten liegt.

Bei einer vorausgesagten Verdopplung der Beutel mit Wiederverschluss bis 2020 ist es angebracht, über das System der Schienen nachzudenken:

In der zurückliegenden Zeit hatte sich das Schienensystem bei relativ geringen Mengen an verkauften Produkten im Beutel bewährt. Heute sind die Mengen erneut gestiegen. Im vergangenen Jahr sind in Europa 25 Milliarden Beutel verbraucht worden. Davon sind 8 Milliarden mit einem Ausgießer versehen. Wenn nur 50 % dieser Beutel auf Schienen geliefert werden (50  Beutel/Schiene), dann ergeben sich 80 Millionen Schienen. Bei 10 Umläufen pro Jahr  sind 8 Millionen Schienen stets in Umlauf.

Passen ca. 800 leere Schienen in eine Palettenbox, dann sind das 10.000 Paletten-Stellplätze, die wechselseitig Lieferant und Käufer belasten. Auf das Jahr gerechnet sind es aber 100.000 Stellplätze.

Alleine diese Zahlen müssen zu einer neue  Betrachtung führen, und wenn wir von Nachhaltigkeit reden, ist dieses umso notwendiger. Daraus resultiert eine neue technische Lösung, die in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewinnt.

Die Maschine zum Einsetzen – Füllen – Verschrauben (IFC)

ist die Lösung für größere Mengen ohne Schienen. Bisher wurde der Ausgießer meist beim Packmittellieferanten in den Beutel eingesetzt. Diese Technologie ist inzwischen so sicher, dass dieses vor der Füllmaschine durchgeführt werden kann. Inzwischen bieten verschiedene Anbieter dieses System an. Maschinen mit Leistungen von 100 bis 250 Beutel pro Minute sind im Markt. Neben dem Vorteil, ohne Schiene zu arbeiten, bietet das IFC-Verfahren auch Kostenvorteile: Vorgefertigte Beutel und Ausgießer mit passenden Kappen zu kaufen, ist günstiger und vor allem risikoloser.

Layout IMA 250 ppm

Layout IMA 250 ppm

Seit über 10 Jahren setzt ein großer Hersteller von medizinischen Produkten dieses Verfahren ein. Seit 2 Jahren kommt hinzu, dass die Verarbeitung mit Ultraschall möglich ist. Sowohl die Herstellung der Beutel als auch das Einschweißen der Ausgießer ist erfolgreich mit der Ultraschalltechnik eingeführt. Sie bietet Vorteile wie kleinere Schweißnähte und damit geringeren Folienverbrauch und geringeren Energieeintrag.

Widmann

Layout Widmann SIF-100

Damit ist eine entscheidende Weichenstellung für den Beutel und seine Verarbeitung erreicht.

Die weltweite Mengenentwicklung an Beuteln in den letzten 15 Jahren hat sich rasant entwickelt, wie Schönwald Consulting darstellt. Die Prognose für Beutel mit Ausgießer für 2018 liegt schon bei über 63 Milliarden weltweit, was noch einmal die Notwendigkeit zur Entwicklung einer verbesserten Maschinentechnologie unterstreicht.

Mengenbetrachtung_Beutel_Ausgiesser

weltweite Mengenbetrachtung Beutel mit und ohne Ausgießer 2013 bis 2018

Anbieter sind unter anderen: Layout Widmann SIF-100, Thom, Waldner, Indag, IMA, Toyo Jidoki und Widmann

Indag

Layout INDAG Aseptik

Ich bin bei meinen Betrachtungen zur Schiene von weitaus geringeren Zahlen ausgegangen, weil ich mich auf Europa fokussiert habe. Bei einer globalen Betrachtung wird dies Problem noch einmal deutlicher.

Hieraus folgt, dass das Maschinenkonzept zum Einsetzen, Füllen und Verschrauben das sicherste Verfahren ist, eine flexible Einkaufspolitik ermöglicht und auch einen Kostenvergleich mit FFS nicht zu scheuen braucht.

Henno Hensen

Hensen Consult

im März 2016

 

 

 

 

 

 

 

 

Apr 182016
 
BA

Sie erhalten als Einsteiger ins Folienverpackungsgeschäft einen praxisbezogenen Überblick über unterschiedliche Verbundfolien sowie deren Charakterisierung und Prüfung. Im Vordergrund stehen Anwendungen und Einsatzzwecke in der Verpackungsindustrie. In Praxisteilen und im Labor lernen Sie die Eigenschaften anhand von Folienmustern und einfachen Laborprüfungen kennen. Gearbeitet wird in kleinen Gruppen, um auf individuelle Fragen und Wünsche eingehen zu können. Fach-, Kunden- und Lieferantengespräche können nach diesem Workshop mit mehr Kompetenz bewältigt werden. Eigene Muster können mitgebracht werden.

Flexible Folienverpackungen sind heutzutage aus dem Alltag nicht mehr weg zudenken und weiterhin auf dem Vormarsch. Aufgezeigt werden Zahlen, Daten und Fakten zu den verwendeten Materialien sowie ein Überblick über typische Anforderungsprofile für verschiedene Produktgruppen und Verpackungsformen. Abgerundet wird der Vortrag mit Hinweisen zu rechtlichen Situationen sowie aktuellen Trends und Entwicklungen im Verpackungsbereich.

Welche Folien verwendet man als Druckträger?
Welche Materialien eignen sich für Barriereschichten?
Wie sind typische Siegelschichten zusammengesetzt?
Antworten und Lösungen werden in diesem Kapitel aufgezeigt und Unterschiede zwischen einzelnen Folientypen bzw. Rohstoffen aufgezeigt. Ergänzt wird dies mit Handmustern, um die typischen Folieneigenschaften und Unterschiede zwischen den Folientypen zu „erfühlen“

Die Grundlagen des Verpackungsdrucks und schwerpunktmäßig Kaschierung werden in diesem Kapitel behandelt.
Welche Möglichkeiten der Verbundherstellung bestehen und welche Einflußfaktoren existieren in der Praxis, die eine unterschiedliche Verbundqualität bewirken ?
Eigene (aktuelle) Erfahrungen / Anwendungsfälle der Teilnehmer können (sollen) eingebracht werden Zielsetzung ist weiterhin ein Einblick und Verständnis in die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Materialien und Produktionsprozessen.

Die Teilnehmer erhalten einen Überblick über typische Prüfungen, (z.B. mechanische Prüfungen, Permeationsmessungen) und deren Aussagekraft in der Praxis. Anhand von Mustern und Laborvorführungen werden die Prüfmethoden vertieft.
Welche Prüfungen sind bei welchen Folienanwendungen sinnvoll ?
Wo bestehen die Grenzen bei den einzelnen Methoden ?

Aufgezeigt werden an Beispielen typische Verbundfolien für ausgewählte Anwendungen.
In Gruppenarbeit erarbeiten die Teilnehmer Verbundstrukturen, die anschließend vorgestellt und erläutert werden. Die Gruppentätigkeit soll die „theoretischen“ Inhalte vertiefen und die Teilnehmer in die Lage versetzen eigenständig Folienkombinationen zu „entwerfen“.

Jun 042015
 
Folienabschnitt
Verpackungen Eine Hauptfunktion von Verpackungen ist es, die Ware vor Verderb und Verunreinigung zu schützen. Dies trifft besonders für Lebensmittel zu: Verschiedene Lebensmittelgruppen erfordern unterschiedliche Verpackungskonzepte. Während das eine Lebensmittel bei der Verpackung eine hohe Barriere benötigt, ist bei dem anderen Lebensmittel eine hohe Durchlässigkeit notwendig. Kurz gefasst: Lebensmittel müssen mit geeigneten Packmitteln und angepassten Barriereeigenschaften verpackt werden, um produktspezifischen Schutz zu gewährleisten.
Aktive_Verpackung Alle, die Lebensmittelfolien einkaufen, verwenden, entwickeln oder verkaufen, erhalten in diesem Seminar die notwendigen Grundlagen und aktuelles Fachwissen über moderne Strukturen und typische Anwendungen von Barrierefolien. Es werden die spezifischen Barriereigenschaften der verfügbaren Packstoffe und moderne Techniken in der Herstellung von Barrierefolien vorgestellt.
 Überblick_Barrierewirkung Zur Beurteilung und Charakterisierung verpackungsrelevanter Eigenschaften werden unterschiedliche Messmethoden als Qualitätssicherungsinstrumente vorgestellt und anhand von Praxisbeispielen näher erläutert. In diesem Zusammenhang werden die Themen Spezifikation von Packmitteln sowie die aktuellen EU-lebensmittelrechtlichen Anforderungen an Lebensmittelverpackungen behandelt.
Sauerstoffdurchlässigkeit Auch der Einfluss von Licht und Sauerstoff auf die Produktqualität wird am Beispiel sauerstoffempfindlicher Lebensmittel veranschaulicht und entsprechende Verpackungskonzepte abgeleitet. Dabei spielen neben den produktspezifischen Anforderungen auch die Lagerbedingungen und der Abpackprozess eine entscheidende Rolle für die Auslegung der Barrierefolie.
 8_BV_Probleme_Praxis Nach dem Seminar kennen die Teilnehmer die spezifischen Barriereeigenschaften der kommerziell verfügbaren Packstoffen und wissen, wie diese zielführend miteinander kombiniert werden, um Packmittel für produktspezifische Verpackungskonzepte zu erzeugen. Die Teilnehmer können die Permeationseigenschaften von Barrierefolien berechnen und Verpackungskonzepte entsprechend optimieren und sie wissen, wie geeignete Verpackungskonzepte aus Barrierefolien nicht nur die Qualität und Sicherheit dieser Lebensmittel positiv beeinflussen können, sondern die Barrieredimensionierung auch der Kosteneinsparung dient.

 

 

 

 

Jul 072014
 
Hensen_Henno_2013-06-18

Die Entwicklung der letzten Jahre mit Ausblick bis 2018

Neuigkeiten im Regal

Was hat den Beutel gestärkt und was fehlt ihm noch?

Ende 2010 habe ich die Entwicklung der Standbeutel von 1962 bis dato mit einem perspektivischen Ausblick in die nahe Zukunft beschrieben. Heute möchte ich mich mit der inzwischen eingetretenen Realität dieser flexiblen und erfolgreichen Verpackungsart befassen und einen Ausblick bis 2018 vorstellen.

Inzwischen ist neben der dominanten Marke Capri-Sonne, inzwischen auch mit einem wiederverschließbaren konturierten Beutel am Markt, der Tiernahrungsbeutel mit signifikant größeren Mengen an seine Seite getreten. Der eine wird nach wie vor heiß abgefüllt, wo hingegen die Tiernahrungsbeutel „retort“ im Autoklaven verarbeitet werden.

Mit unglaublicher Dynamik und großen Mengenzuwächsen ist seit Anfang 2013 der Beutel für Kindernahrung, Fruchtpürees und Energy Drinks in dieses Marktsegment eingetreten. In den USA belegt diese Produktgruppe inzwischen mindestens 40% der Regalfläche mit beiden Varianten der Verarbeitung. Alles sind Beutel mit Ausgießern, womit sich eine vormals teure und komplexe, aber verbraucherfreundliche Packung einen beachtlichen Marktanteil erobert hat und begonnen hat, das Glas zu ersetzen. Hier wird deutlich, wie die Hersteller auf Kundenbedürfnisse eingehen und damit über große Auftragsvolumen für nun auch preiswertere Packmittel sorgen.

Der Trend „on the go“ bildet inzwischen nicht nur Produktnamen, sondern hat dem Wunsch der Mobilität dadurch Rechnung getragen, dass der wiederverschließbare Beutel dieser flexiblen und ökologisch vorteilhaften Packung mehr Bedeutung zukommt. Dies gilt insbesondere auch gut kleinvolumige Packungen. Aber auch bei großen Volumen hat der Beutel seinen Markt gefunden, wie zum Beispiel bei Scheibenreinigern für den PKW. Hier hilft ein Ausgießer, das Nachfüllen der Waschanlage erheblich zu erleichtern, ohne dass das Produkt verschüttet wird. Hier kommt dem Beutel seine „Flexibilität zugute, da er seinen Inhalt ohne „BLUB“ abgeben kann. Deshalb ist insbesondere der Ausgießer ein integrales Element der Beutel und wird damit zum wichtigen Bestandteil für den Verbraucher und die Verarbeitungstechnik.

Zwar sind immer noch Beutel ohne den Wiederverschluss für Getränke und Tiernahrung in der Überzahl, aber auch Capri Sonne hat inzwischen den Vorteil des Wiederverschlusses erkannt und bietet den Beutel nun in einer attraktiven Form auch für den ökologisch sensiblen Verbraucher an.

Der Vormarsch des Ausgießers und seine Herausforderungen

In meiner letzten Darstellung war an dieser Stelle noch kein Beutel mit Ausgießer zu sehen. Das hat sich aus den vorgenannten Gründen erheblich gewandelt. Zum einen sind die gestiegenen Mengen für eine Kostenreduktion dieses Bauteils verantwortlich und zum anderen wird dadurch die Fülltechnologie erheblich beeinflusst. Bisher ist das Füllen und Siegeln oder Formen – Füllen – Siegeln (FFS) im Fokus gewesen. Nun wird mit dem kleinen stabilen Teil an einem flexiblen Beutel diese Verarbeitung vor nicht unerhebliche Probleme gestellt: Wie sicher ist noch FFS, wenn auch der Ausgießer eingesetzt werden muss, und wie fülle ich den gefertigten Beutel – nun mit Ausgießer – auf einer Füll- und Siegelanlage sinnvoll? Bei der erhöhten Nachfrage nach Beuteln mit Wiederverschluss tritt vermehrt der Weg des Füllens und Verschraubens in den Vordergrund. Dies hat erhebliche technische Vorteile:

Beim Füllen von stabilen Behältern entsteht durch das Entweichen von Luft und durch das Eindringen der Flüssigkeit Schaumbildung. Deshalb muss bei aufgesetztem Füllventil auf den Hals einer Flasche eine technisch aufwendige Ventiltechnik mit meist Unterspiegel-Füllung eingesetzt werden, welche auch das simultane Entweichen der Luft nötig macht. Fast ebenso problematisch ist das Füllen und Versiegeln von Beuteln. Auch hier tritt erhebliche Schaumbildung auf, was das sichere Versiegeln des Beutels verhindern kann. Diese Probleme treten bei einem (fast) luftleeren Beutel nicht auf. Es ist technisch einfacher und deshalb kostengünstiger. Trotz des kleineren Öffnungsdurchmessers, wodurch nun der Beutel gefüllt und dann verschraubt wird, kann das Produkt mit hohem Druck eingeschossen werden, wodurch gleichzeitig der Beutel geöffnet wird.

Hierdurch hat sich eine neue Technologie für das Verarbeiten des Beutels entwickelt. Der Ausgießer benötigt nun am Hals ein technische Führung, um so eine einfache Zuführung zur Füllmaschine zu erreichen. Einige Packmittelhersteller liefern deshalb auch den Beutel auf einer U-Schiene, die dann mehrfach verwendet werden kann. Dieses zu erst in Japan eingesetzte System hat sich inzwischen in Europa aber auch in Asien, Nord und Südamerika durchgesetzt. Bei steigenden Mengen ist diese Art der Verarbeitung nicht unproblematisch.

Die Schienen müssen an den Hersteller zurück geschickt werden, weil diese sonst berechnet werden. Der Ausweg aus diesem logistisch komplexen Weg liegt in der Einführung eines Systems, welches den Prozess des Einsetzens des Ausgießers der Füll- und Verschraubmaschine vorgeschaltet wird. Diesen Systemgedanken hat sich ein großes Pharmaunternehmen schon vor vielen Jahren zueigen gemacht und mit vielen Millionen Beuteln damit erhebliche Kosteneinsparungen erreicht. Inzwischen ist die Technologie weiter vorangeschritten, wodurch die Anschaffungskosten solch eines Systems erheblich reduziert wurden, höhere Leistungen erreichbar sind und eine große Prozessstabilität erzielt wird. All diese Gesichtspunkte erlauben es, dem Beutel mit Wiederverschluss eine verheißungsvolle Zukunft vorauszusagen.

Die Prognosen von Schönwald Consulting bestätigen diesen Trend mit Steigerungsraten je nach Produktgruppe von 10 bis 25% pro Jahr. Betrachtet man den Großraum Europa, dann ergeben sich aus den erreichten Mengen in 2013 und den Prognosen bis 2018 erhebliche Kapazitäten an zu bauenden Maschinensystemen, wie zuvor beschrieben. Das weltweite Wachstum ist noch erheblicher, weshalb die gesamte Ausarbeitung von Schönwald Consulting eine Bibel zur Entscheidung für Beutelinteressierte ist.

Verbrauchsangaben in Millionen Packungen für Europa

Quelle: Schönwald Consulting

Vergleiche zu früheren Untersuchungen ergeben, dass die Zahlen erheblich gestiegen sind und insbesondere die Zuwachsraten der Beutel mit Ausgießer in der erreichten Menge und in den Prognosen belegen, wie sich diese Produktgruppe zukünftig als Konkurrent kleinerer Packungsgrößen zur PET-Flasche und zum Milchkarton entwickeln wird.

Diese Zahlen sind mir mit Genehmigung von Schönwald Consulting zur Verfügung gestellt worden. Das betrifft auch die beiden Aufteilungen weiter unten. Die gesamte Studie ist ein Standardwerk für jedes Unternehmen, welches sich mit dem Beutel als Packmittel auseinandersetzt.

Der Blick in die Regale belegt diesen ungebrochenen Trend, der auch durch günstige Kostenvergleiche zugunsten des Beutels in der Größe bis 300 ml belegt wird:

Hier eine Besonderheit aus China: Ecolean besetzt hier gegen den Milchkarton Milch im Beutel mit dem attraktiven Luftgriff. Sicher eine Entwicklung, die dem Marktführer im Milchkarton zu Denken gibt und auch inzwischen von Hemme Milch in Norddeutschland häufiger im Regal zu sehn ist.

Daneben ein Beutel mit einer verspielten Form, der in China besonders attraktiv die junge Generation anspricht.

 


Auch wenn hier der Eindruck entsteht, dass ich den Fokus zu sehr auf China und USA lege, so ist es doch wichtig, den Blick nach draußen zu wagen: Die globale Vernetzung sowie die Entwicklung auf den anderen Seiten von Europa scheint mir wichtig, weshalb trotzdem eine Vertiefung des Marktes in Europa nicht fehlen soll:




Quelle Schönwald Consulting

 

Was hat den Beutel gestärkt und was fehlt ihm noch

Ende 2012 hat selbst die New York Times – nicht gerade eben bekannt für Beobachtungen der Verpackungsentwicklungen – in einem Artikel auf das enorme Wachstumspotential dieser Verpackung aufmerksam gemacht. Damit wird der Beutel in den Fokus des Verbrauchers gerückt, wodurch auch die ältere Generation auf diese Art des Konsums von Flüssigkeiten aufmerksam gemacht wird. Ebenso wird vom „kollabierenden“ Beutel – und damit so einfach benutzbar – beim Nachfüllen der Flüssigkeit für die Scheibenreinigung des so geliebten PKWs im Unterbewusstsein der Beutel positiv wahrgenommen. Diese Verpackungsart ist die leichteste mit entsprechender Standfähigkeit am POS.

Aus meiner Sicht fehlen aber dem Beutel noch einige wichtige Entwicklungsschritte:

  1. Biologisch abbaubare Folie und Ausgießer mit guten Eigenschaften zum Siegeln und mit Barriere. Immer wieder wird dies vom Kunststoff gefordert, ist aber nicht immer sinnvoll mit den notwendigen Eigenschaften einer Verpackung zu vereinigen. In erster Linie muss der Schutz des Produktes stehen, was bei dieser Folienart für Beutel z. Z. nicht erreichbar ist.
  2. Neben der biologischen Abbaubarkeit erscheint es mir noch wichtiger der Folie eine Recyclefähigkeit zu geben ohne die Barriereeigenschaften zu vernachlässigen. Hier scheinen Untersuchungen zu laufen, wie dieses Ziel einer Folie aus Polyolefinen erreicht werden kann.
  3. Der meist aus PE oder PP gespritzte Ausgießer hat im Gegensatz zur heute eingesetzten Folie keine Barriere. Damit besteht die Gefahr einer optischen und geschmacklichen Veränderung des Produktes im Kopfbereich des Beutels, der sich bei längerer Lagerung auch weiter in das Produkt vorarbeiten kann. Dieser Umstand tritt besonders bei Produkten mit Anteilen von Apfel und Karotten auf. Einige Hersteller versuchen diesen Effekt mit innen liegenden Alu-Membranen zu lösen, was aber zur Komplexität und Verteuerung beiträgt. Es gibt allerdings Hinweise auf die Entwicklung der Einbringung einer Barriere in den Ausgießer. Solch eine Lösung würde dem Beutel für eine Reihe von Produkten gut zu Gesicht stehen.
  4. Das Einbringen eines stabilen Ausgießers in eine flexible Packung war stets eine Herausforderung, die bis heute zu beobachten ist. Dies schlägt sich in Leckagen, schlechter Qualität, aber vorwiegend in Leistungsminderung eines Systems nieder. Auch hier sind Entwicklungen vorangeschritten, um Leistungssteigerung und Qualitätsverbesserung zu vereinen. Hierbei ist das Schweißverfahren mittels Ultraschall inzwischen soweit vorangetrieben worden, dass integrierte Systeme für Bereiche bis 250 Beutel/Minute erreichbar zu sein.
  5. Schlussendlich ist es bis heute noch nicht final gelungen, eine validierte Anlage zum aseptischen Verarbeiten eines Beutels mit Ausgießer zu finden, die mit ansprechenden Leistungen aufwarten kann. Zwar gab und gibt es immer wieder Hersteller, die davon berichteten, allerdings haben sowohl Wild und Bosch als auch Guala ihre Ankündigungen noch nicht bewahrheiten können.

Diese 5 Punkte scheinen mir aber zumindest in Stufen und in einigen Teilen auch kurzfristig erreichbar zu sein, was dem Beutel weiter auf seinem Erfolgsweg helfen wird.

Alle Abbildungen vom Autor erstellt

Weitere Informationen

Gern bieten wir Ihnen weitere Informationen zu dem Thema, z.B. in Form eines Innoform-Seminars oder Tagung an. Diese finden Sie hier:
http://www.innoform-coaching.de/pages/event/event_list.php?interest=16

Über die Website von InnoNET können Sie Fragen auch direkt an den Autor per E-Mail richten:
http://www.innonet-partners.eu/berater_show.php?user_id=5214

 

 

Sep 272011
 
Gouda

4. Teil:  Häufig verwendete Folien zum Drucken und Kaschieren.

BARRIEREFOLIEN IM HINBLICK AUF VERARBEITUNG UND ANWENDUNG – EIN KOMPRIMIERTER ÜBERBLICK

von Karsten Schröder und Ansgar Wessendorf

Im vierten Teil dieser Artikelserie über die marktüblichen Arten und Typen synthetischer Folien (Kunststofffolien) zur Herstellung von Lebensmittelverpackungen stehen die Barrierefolien, die vor allem In Kaschieranwendung einen stetig wachsenden Anteil ausmachen.

1   Definition Barriere

Was verstehen wir heute unter Barriere in Bezug auf Folien, die für die Veredelung von Lebensmittelverpackungen gedacht sind? Versucht man in Lexika Definitionen hierfür zu finden, so sind diese sehr vielfältig. Begriffe wie:

– Hindernis
– Sperre
– Schranke
– Wellenbrecher

findet man z.B. in der online Enzyklopädie Wikipedia. Alles diese Begriffe beschreiben auch die Funktion, die eine Barriere für Folienverpackungen aufweisen soll.

Eine der wesentlichen Funktionen einer Folienverpackung ist naturgemäß der Produktschutz und die Abschirmung zur Umwelt. Aber auch das Fernhalten von Stoffen aus der Folie selbst wird immer häufiger – gerade bei Lebensmittelverpackungen – zur Nebenaufgabe. So können beispielsweise „Schadstoffe“ aus weiter außen liegenden Schichten der Verpackungsfolie durch eine innen liegende Barriereschicht dazu führen, dass diese Stoffe nicht mehr auf das verpackte Gut übergehen können. In Einzelfällen kann nur so die Gesetzgebung eingehalten werden. Hierzu werde ich im weiteren Verlauf näher eingehen.

Zunächst einige Bemerkungen zur Barriereberechnung. Grundsätzlich lassen sich heute Barriereeigenschaften von vielen Materialien rechnerisch gut abschätzen. In diesem Artikel werden wir aber mehr auf die praxisnahen Messungen und Füllgutschutz eingehen. Hier aber einige Grundlagen für den Praktiker, die jeder Barrierefolien-Hersteller kennt:

1.    Barriere
Die Barriere setzt an drei Schritten zusammen (mache Literaturstellen nennen auch noch eine vierte – die Absorption, die wir hier auslassen möchte, da sie in der Praxis mehr verwirrt als nützt, bei akademischen Betrachtungen aber durchaus relevant sein kann).

a.    Adsorption – das Anlösen des „Permeanden= Stoff der durchdringen kann/wird“
Damit ist also die Aufnahme des z.B. Gases Sauerstoff O2 gemeint, die direkt an der Oberfläche der Folie geschieht.
b.    Diffusion – das Durchdringen des z.B. O2 durch die Folie, nachdem er in die Folie eingedrungen ist
Hier spielt primär die Diffusionskonstante eine Rolle, die Material abhängig ist
c.    Desorption – Das Verlassen des Sauerstoffs der Folie – das „Ausdringen“ ist der dritte, der Adsorption umgekehrte Schritt, der die gesamte Permeation bedingt/beschreibt.

 

 

 

 

 

Abbildung 1 schematische Darstellung der Permeation von innen nach außen und von außen nach innen

2. Einflussfaktoren:
Die Verbesserung der Barriere ist möglich, indem man einen oder alle drei Schritte so verändert, dass der Permeand langsamer oder gar nicht mehr hindurch permeieren kann. Man kann also entweder die Adsorption reduzieren oder unterdrücken. Diese geschieht z.B. durch Metallisierungen, Lackierungen oder andere Oberflächenbehandlungen wie chemisch reaktive Prozesse. Alternativ dazu kann die Diffusion durch die Veränderung des Materials beeinflusst werden, um eine günstigere Diffusionskonstante zu erhalten muss in jedem Fall der Werkstoff gewechselt oder verändert werden. Auch das Verhältnis beispielsweise beim EVOH Copolymer zwischen Ethylen und Vinylalkohol verändert die Barriereeigenschaften aufgrund der veränderten Diffusion deutlich. Faustregel ist: Je mehr  Vinylalkohol (VOH) desto besser die Barriere gegen Sauerstoff. Je mehr Ethylen €, desto besser ist die Feuchtigkeitsunempfindlichkeit der Folie hinsichtlich Sauerstoffpermeation. Dazu werden wir im abschnitt Barrierematerialien aber detaillierter zurück kommen.

3. Durchbruchzeit
Als Durchbruchzeit kann man die Zeit beschreiben, die es dauert, bis genauso viele Sauerstoffatome außen in die Folie eindringen, wie innen austreten. Man beschreibt hiermit also die Zeit, die es dauert, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist, der primär vom Konzentrationsgefälle des Permeanden innen zu außen und dem Klima abhängt.

Die Steigung der Summenkurve gibt dabei die Permeationsrate an. Legt man an den linearen Verlauf eine Tangente an, so gibt der Schnittpunkt mit der X-Achse die Durchbruchzeit an, die zwischen Sekunden und einigen Tagen liegen kann und somit nur für kurz haltbare Lebensmittel bei der Barriereauslegung bedeutsam ist.

 

 

 

 

 

 

 

Abbildung 2 Durchbruchzeit und Permeationsrate schematisch dargestellt

2   Definition Dichtigkeit

Als Überbegriff der Permeation fungiert die Dichtigkeit. Dichtigkeit oder Dichtheit beschreiben bei Verpackungen das gesamte System – also die Permeation durch das Material aber auch Einflüsse durch Siegelnahtfehler oder Löcher in der Verpackung. Nun beschreiben Dichtheitsprüfungen einige Zehnerpotenzen geringere Genauigkeiten des Stoffdurchtritts in eine Verpackung als die Permeation, weshalb der Schluss nahe liegt, dass zuerst einmal eine Verpackung dicht (verschlossen) und unbeschädigt sein muss, bis man über Permeation nachdenken sollte.

 

3   Barriereeigenschaften einiger bedeutender Folien

3.1  Das EVOH (Ethylen Vonyl Alkohol)

Eine der bedeutendsten Barrierematerialien aus Kunststoff ist nach wie vor das EVOH, das sich durch gute Transparenz, gute Verarbeitbarkeit, hervorragende Sperrwirkung gegen Sauerstoff und Aromen sowie Thermo-Verformbarkeit auszeichnet.

Wo Licht ist, ist leider auch Schatten. So hat das EVOH ein bisher ungelöstes Problem mit Feuchtigkeit. Natürlich gibt es Konstruktionen und Lebensmittel, die hier unproblematisch sind, dennoch ist stets drauf zu achten, dass EVOH in möglichst trockenem Zustand seine volle Barrierewirkung entwickelt. Welchen Einfluss Feuchtigkeit und Temperatur auf die Barriere von EVOH Verbundfolien haben kann, zeigt das folgende Diagramm.

 

 

 

 

 

 

 

Abbildung 3 Folie aus dem Seminar Grundkurs Kaschiertechnologie: Einfluss von Temperatur und Feuchtigkeit auf Sauerstoffbarriere vom EVOH

An dieser stelle werden wir nicht näher auf die enormen Einflussfaktoren auf die Barrierewirkung eingehen. Weitere Informationen finden Sie u.a. unter http://www.eval.be/web/index.asp?lang=de&ut=L .

Für den Weiterverarbeiter, wie Drucker und Kaschierer, ist auf jeden Fall darauf zu achten, das wenig Feuchtigkeit in der Anwendung an die EVOH Schicht gelangt. Das ist auch ein Grund, warum EVOH immer im Verbund (z.B. mit PE, PP oder PA) verarbeitet wird.

3.2  Typische Anwendungen und Eigenschaften von EVOH-Verbundfolien

Eine typische Anwendung von EVOH Folien sind die vielfältigen MAP-Verpackungen (modified atmosphere packaging). Hier spielt das thermoverformbare EVOH seine ganze Stärke aus. Zum einen kann durch Wechsel der EVOH Copolymer-Type die Sauerstoffdurchlässigkeit (OTR=Oxygene transmission rate) eingestellt werden oder einfach über die Schichtdicke. Aufgrund seiner Verformbarkeit wird es gerne in Unterfolien eingesetzt, wenn ein besonders O2 empfindliches Produkt verpackt werden soll. Aber auch in den Deckelfolien wir traditionell EVOH eingesetzt, obwohl heute auch weniger feuchtigkeitsempfindliche Materialien wie SiOx bedampfte Folien oder Metallisierungen verwendet werden. Insbesondere für feuchte Füllgüter sind diese nicht organischen Bedampfungen (nicht aus Kunststoff bestehenden) Folien wirksamer.

So finden sich heute u.a. in vielen Wurst-/Fleisch- oder auch Tubenlaminaten EVOH Barrieren.

3.3  EVOH als funktionelle Barriere

Das Lebensmittelbedarfsgegenständerecht sieht europaweit vor, dass „Schadstoffe“, die in Folien technisch unvermeidbar sind, durch s.g. funktionelle Barriereschichten gesperrt werden können, so dass dann in der Lebensmittel abgewandten Seite höhere Konzentrationen von „Schadstoffen“ toleriert werden können, wenn nachgewiesen wird, dass die funktionelle Barriere diese Stoffe vom Lebensmittel fern hält/sperrt.

Auch in solchen Anwendungen findet EVOH Einsatz. Zum Beispiel die immer häufiger eingesetzten Wiederverschluss-Systeme, die in der Regel aus leicht migrierenden Komponenten formuliert werden, müssen in ihrer Migrationsneigung ins Füllgut gebremst werden. Diese Aufgabe übernimmt in einigen Fällen eine sehr dünne (1 – 3 µm) EVOH Sperrschicht, die quasi nebenbei natürlich auch die Sauerstoffbarriere erhöht und somit zu einer längeren Haltbarkeit des verpackten Lebensmittels führt.

3.4  Bedampfungen

Eine weitere Möglichkeit Folien hinsichtlich Ihrer Barriereeigenschaften erheblich zu verbessern ist die Bedampfung. Eine Untergruppe stellt hier die Aluminium-Metallisierung dar, die im großtechnischen Maßstab eingesetzt wird. Diese silbrige Folienbeschichtung führt zudem zu einem oft ausreichendem Lichtschutz.

Zudem finden transparente, anorgansische Bedampfungsschichten immer mehr Einsatz. Hier erwähnen wir nur kurz SiOx und AlOx als die häufigsten. Aufgrund der Oxodation behalten die Stoffe ihre Sperrwirkung, werden aber hoch transparent. Sie lassen sich problemlos mit geeigneten Druckfarben bedrucken.

Nähere Details können jederzeit von den einschlägigen herstellern oder bei Innoform erfragt werden.

4   Barriereeigenschaften einiger handelsüblicher Folien

Vergleicht man nun einmal typische Druckträgerfolien hinsichtlich ihrer Barriereeigenschaften, so lässt sich daran einiges an physikalischen Grundlagen erklären. Betrachten wir im Folgenden einmal diese typischen Folien in ihren handelsüblichen Dicken:

PP-BO 20 µm

PET-BO 12 µm

PA-BO 15 µm= Polyamid biaxial orientiert

PA-C 20 µm = Polyamid cast (Gießfolie nicht orientiert)

PET-BO 12 µm mit SiOx Beschichtung

Hier einige Daten, wie einige handelsüblichen kaschierfplien im Vergleich bei OTR- Betrachtungen abschneiden. Dieses sind nur Richtwerte und Spezialtypen weichen natürlich im Detail ab. Die Tendenz bleibt aber.

Abbildung 4 Sauerstoffdurchlässigkeit handelsüblicher kaschier-/Druckfolien

Betrachtet man hier die Sauerstoffdurchlässigkeit im Vergleich, so wird deutlich, dass mit zunehmender Polarität des Werkstoffes die Permeation abnimmt. Am schlechtesten schneidet das PP-BO ab, das kaum eine Sperrwirkung gegen O2 zeigt. Das PET und das PA hingegen schon als zumindest O2 Bremsen bezeichnet werden können. In den Bereich echter Barriere dringt aber nur das PET-BO mit SiOx Beschichtung vor.

Betrachtet man nun die Wasserdampfdurchlässigkeit in der folgenden grafik, wird schnell klar, dass bei den organischen, Kunststoffschichten sich das Bild umkehrt. Bei der anorganischen SiOx Schicht hingegen, bleibt das Niveau niedrig.

Abbildung 5 Wasserdampfdurchlässigkeit handelsüblicher kaschier-/Druckfolien

Die genannte SiOx und AlOx Schichten sind genau wie Aluminium-Metallisierungen deshalb in ihrer dünnen Ausprägung spröder als organische/Kunststoffschichten. Das bedeutet für den Drucker und Kaschierer, aber auch für das Logistikteam besondere Sorgfalt.

So sind beispielsweise die transparenten Barrieren nach der Herstellung „vorgespannt“ auf der Folienoberfläche. Dehnt man nun die Folie extrem, so können die dünnen Schichten brechen und teilweise Ihre Barrierewirkung verlieren.

Abbildung 6 Schematische Darstellung der Eigenspannung von anorganischen Beschichtungen

Natürlich kann auch eine schwer drehende Welle oder ein kratzendes Entionisierungs-Selbstkonstruktion zu kleinsten Kratzern und somit Fehlstellen führen. Diese fehlstelölen sieht man erstens nicht und zweitens sind sie nur durch aufwendige Permeationsmessungen statistisch zu erfassen.

Die Lösung ist wie so oft Wissen und Sorgfalt beim Umgang.

4.1  Auf welcher Seite drucke ich gerade?

Diese Frage hat sich vielleicht schon mancher Drucker, Kaschierer und Betriebsleiter gestellt, wenn er bedampfte, transparente Folien verarbeitet hat. Hierzu zum Schluss noch ein kurzer Tipp:

Um die zu bedruckende Seite schnell und sicher zu bestimmen benötigen Sie nicht merh als das Wissen, einen Eimer mit Wasser und einen Schwamm. Hängt die SiOx oder AlOx Rolle erst einmal in der Maschine, schlagen Sie ca. 30 cm des Rollenendes um und benetzen mit dem angefeuchteten Schwamm die Folienbahn auf der Vorder und Rückseite.

Auf der Seite, auf der das Wasser besser benetzt, sollten Sie stets drucken, denn das ist die bedampfte Schicht, die im Zwischenlagendruck geschützt werden muss.

Aber Achtung. Die Oberflächenspannung ist oft so hoch, dass nicht alle farben gut ausdrucken und haften. Fragen Sie hierzu Ihren Farb-/Folienlieferanten, der Ihnen geren Auskunft über getestete Systeme geben wird.

4.2  Vorbehandlungsintensitäten

Hier noch eine Tabelle, welche Vorbehandlungsintensitäten die besprochenen Folien haben. Als Drucker und Kaschierer wissen Sie natürlich, dass wir mindestens 38 mN/m benötigen, um gut zu Benetzen und Haftung zu erzielen. Wie wir das schaffen berichten wir in einem der nächsten Artikel.

 

 

 

 

 

 

[Artikel Serie 1-8 „Drucken und Kaschieren“ wird fortgesetzt]


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