Obwohl Papier ein umweltfreundlicheres Verpackungsmaterial als Kunststoff ist, ist es häufig mit Zusatzstoffen wie Klebstoffen verunreinigt, die für eine sichere Versiegelung verwendet werden. Das verkompliziert den Recyclingprozess und mindert die Qualität des Recyclingpapiers. Nun haben es deutsche Forscher an vier Fraunhofer-Instituten getan ein alternatives Verfahren entwickelt, mit dem Papierverpackungen versiegelt werden können ohne Kleber oder Plastik mittels eines Verfahrens mit einem Kohlenmonoxidlaser.

Das neue System, derzeit Papure-Projekt genannt, nutzt die Expertise der Fraunhofer-Institute, die sich jeweils auf Bereiche wie Polymerforschung, Engineering und Verpackung sowie Laserstrahltechnologien konzentrieren. Der erste Schritt des neuen Versiegelungsprozesses besteht darin, die chemische Zusammensetzung und Morphologie verschiedener Papiertypen mithilfe von Techniken wie Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie zu analysieren, um festzustellen, ob sie ohne Zusatzstoffe versiegelt werden können. Die Mengen an Inhaltsstoffen wie Hemizellulose, Zellulose, Lignin, Talk und Kalziumkarbonat im Papier können die Festigkeit der Siegel der Endverpackung beeinflussen.

Sobald ein Papiertyp zugelassen ist, wird er in einem kontrollierten Prozess mit einem CO-Laser bestrahlt, der seine Oberfläche schnell erhitzt und Lignin, Hemizellulose und Zellulose in kurzkettige Verbindungen umwandelt. Von dort aus verbleiben sogenannte „schmelzbare Spaltprodukte“ auf der Papieroberfläche und wirken wie ein natürlicher Klebstoff, der bei Anwendung von Hitze und Druck eine dichte Versiegelung erzeugt. Die Forscher sind immer noch dabei, die verschiedenen Parameter des Papure-Projekts, einschließlich der Laserintensität und der Gestaltung der Papiernähte, zu optimieren, um die Verbindungsfestigkeit zu maximieren. Bei aktuellen Tests haben sie jedoch herausgefunden, dass eine 2 cm dicke Dichtung mit einer Breite von nur 3 mm stark genug ist, um eine Last von 44 Pfund zu tragen.

Die Forscher haben bereits eine „modulare Papierverarbeitungsanlage im Labormaßstab“ gebaut, die in der Lage ist, ein flaches, vierseitiges Papiertütendesign herzustellen, das heute häufig von Unternehmen wie Lego verwendet wird. Sie arbeiten außerdem daran, das Design der Laser- und Versiegelungsmodule zu rationalisieren und zu verkleinern und Messsysteme zu integrieren, die die Qualität der hergestellten Versiegelungen beurteilen und verschiedene Einstellungen automatisch anpassen können, um sicherzustellen, dass sie ein bestimmtes Ziel der Klebefestigkeit erreichen. Bis Ende September 2026 soll die Pilotmaschine 10 Pakete pro Minute produzieren.