Premium-Haushaltsfolie: Frische bewahren & Geruchsdicht verschließen

Hintergrund

Haushaltsfolie (Frischhaltefolie) ist eine Verpackungsform aus einem dünnen Film aus flexiblem, transparentem Polymer, das an sich selbst und an Lebensmittelbehälter anhaftet und so einen dichten Abschluss bildet. Die Folie hält Lebensmittel frisch, indem sie sie vor Luft schützt und verhindert, dass trockene Lebensmittel Feuchtigkeit aufnehmen und feuchte Lebensmittel Feuchtigkeit verlieren. Zudem schließt sie Gerüche ein, damit diese nicht auf benachbarte Lebensmittel übergehen.

Kunststoffe sind künstliche Polymere – riesige Moleketten, die durch Verknüpfung tausender gleichartiger Kleinmoleküle (Monomere) zu langen Ketten entstehen. Dieser Vorgang heißt Polymerisation. Natürliche Polymere sind bekannte Substanzen wie Seide, Kautschuk und Baumwolle.

Der erste Kunststoff wurde 1862 vom britischen Chemiker Alexander Parkes hergestellt, der aus Baumwolle, Salpeter-, Schwefelsäure, Rizinusöl und Kampfer ein Produkt namens Parkesin schuf. Zwei Jahre später verbesserte John Wesley Hyatt in den USA dieses Produkt und nannte es Zelluloid. Zelluloid war ein großer Erfolg, wurde für viele Produkte genutzt, war aber hochentzündlich.

Das erste vollständig künstliche Polymer (anders als Zelluloid, ein Derivat des natürlichen Polymers Zellulose) war Bakelit, 1908 vom belgischen Chemiker Leo Baekeland aus Phenol und Formaldehyd produziert. Im 20. Jahrhundert entstanden viele weitere Polymere, darunter Kunstkautschuk und Kunstfasern wie Nylon.

Der erste Kunststoff für Verpackungen war Zellophan, ein weiteres Zellulosederivat, 1911 vom Schweizer Chemiker Jacques Brandenberger erfunden. Es war transparent und wurde ab 1924 für Verpackungen genutzt. Zellophan war bis 1963 die gängigste Kunststofffolie, als es von Polyethylen abgelöst wurde.

Polyethylen wurde 1933 zufällig von Forschern der britischen Imperial Chemical Industries entdeckt, als sie Benzol und Ethylen bei hoher Temperatur und Druck mischten. Zunächst hauptsächlich als elektrisches Isoliermaterial genutzt, wurde es 1945 von der Visking Corporation in den USA erstmals zu Folie verarbeitet und gewann seither stetig an Popularität.

Polyvinylchlorid (PVC) wurde vor dem Zweiten Weltkrieg hergestellt, ursprünglich als minderwertiger Kautschukersatz, aber Folien wurden erst in den 1950ern in nennenswertem Umfang produziert. PVC findet heute Verwendung in Rohren, Bodenbelägen, Kabeln, Schuhen, Kleidung und auch Haushaltsfolie.

Polyvinylidenchlorid (PVDC)-Folie wurde im Zweiten Weltkrieg von Dow Chemical für militärische Zwecke entwickelt. Sie bot hohen Feuchteschutz und Beständigkeit gegen Öle, Fette und korrosive Chemikalien, weshalb sie für empfindliche Geräte wie Optik und Flugzeugtriebwerkskomponenten genutzt wurde. 1952 kam sie unter dem bekannten Markennamen Saran Wrap auf den Markt.

Rohstoffe

Die meisten Haushaltsfolien bestehen aus Polyethylen, PVC oder PVDC. Diese Polymere stammen alle von einfachen Kohlenwasserstoffen wie Methan oder Ethylen, die aus Erdgas oder Erdöl gewonnen werden. Polyethylen wird direkt aus Ethylen hergestellt. PVC aus Vinylchlorid (aus Ethylen) oder Acetylen (aus Methan). PVDC aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid, einem Derivat von 1,1,2-Trichlorethan, das wiederum aus Ethylen oder Acetylen stammt.

Einige Kunststofffolien, darunter Zellophan, stammen aus Zellulose, die aus Holzstoff oder Linters – winzige Fasern an Baumwollsamen nach dem Entkörnen – gewonnen wird. Mindestens eine Folienart (Pliofilm, Markenname Goodyear) wird aus Kautschuk hergestellt.

Herstellungsprozess

Aufbereitung der Rohstoffe

• 1 Die für die Polymersynthese nötigen Chemikalien stammen meist aus Erdöl. Rohöl wird in einem Ofen auf ca. 400 °C (752 °F) erhitzt. Dämpfe steigen in eine Rektifikationskolonne – einen hohen Turm mit Kammern, die nach oben hin kühler werden. Die verschiedenen Erdölbestandteile steigen als Gase auf, bis sie ihre Kondensationstemperatur erreichen. Da jeder Stoff einen anderen Siedepunkt hat, verflüssigen sie sich in unterschiedlichen Kammern und können getrennt abgezogen werden.
• 2 Die meisten Polymere beginnen mit einfachen Kohlenwasserstoffen niedrigen Siedepunkts. Diese verflüssigen sich nicht in der Kolonne, sondern bleiben als Gase, die am Turmkopf abgezogen werden. Sie können auch aus Erdgas (meist Methan) gewonnen werden. Eine weitere Quelle ist Naphtha, ein Gemisch flüssiger Kohlenwasserstoffe aus der Rektifikationskolonne, schwerer als Benzin, aber leichter als Schweröl. Naphtha wird unter Druck erhitzt, um die flüssigen Kohlenwasserstoffe in kleinere Moleküle zu spalten – Cracken. Ein Katalysator ermöglicht Cracken bei niedrigerer Temperatur und Druck. Katalysator kann natürlicher oder künstlicher Ton (Aluminiumsilikat-Gemisch oder Zeolith – Mineralien mit Aluminium, Silicium, Sauerstoff, weiteren Elementen in Verbindung mit Wasser) sein. Katalytisches Cracken erfolgt typischer bei ca. 500 °C (932 °F) und ca. 100 kPa Druck. Das gecrackte Naphtha wird dann analog zur Rektifikationskolonne destilliert, um seine Bestandteile zu trennen.

Polymerisation

• 3 Polyethylen wird aus Ethylen (aus Cracken) polymerisiert. Ethylen wird in einem Druckbehälter auf ca. 170 °C (338 °F) bei ca. 200.000 kPa Druck mit Spuren Sauerstoff erhitzt. Der Sauerstoff spaltet Ethylen in freie Radikale, die sich zu Polyethylenketten verbinden. Ca. 1 % unreaktives Gas wie Propan verhindert übermäßige Kettenlänge.
• 4 PVC wird aus Vinylchlorid polymerisiert, das entweder durch Mischen von Acetylen mit Salzsäure oder Ethylen mit Chlor gewonnen wird. Ethylen wird bevorzugt, da es effizient aus Naphtha-Cracken verfügbar ist. Wird Acetylen genutzt, muss es erst durch Erhitzen von Methan auf ca. 1500 °C (2732 °F) oder andere Reaktionen synthetisiert werden. Vinylchlorid wird mit Wasser vermischt und aufgerührt zu einer Suspension (wie Öl und Essig zu Salatdressing). Suspensionsmittel wie Stärke und Gelatin verhindern Phasentrennung. Die Suspensionstemperatur wird auf ca. 40–50 °C (104–122 °F) erhöht, ein Initiator (meist organisches Peroxid) startet die Reaktion. Vinylchloridmoleküle verketten sich zu PVC. Die Mischung wird gekühlt, PVC-Partikel im Zentrifugenabscheider vom Wasser getrennt und im Ofen getrocknet.
• 5 PVDC wird aus ca. 15 % Vinylchlorid und 85 % Vinylidenchlorid polymerisiert. Zur Herstellung von Vinylidenchlorid wird zunächst 1,1,2-Trichlorethan aus Acetylen, Salzsäure und Chlor oder aus Ethylen und Chlor hergestellt. Dieses reagiert dann mit Calcium- oder Natriumhydroxid zu Vinylidenchlorid. Die Polymerisation verläuft ähnlich wie bei PVC.
• 6 Polyethylen ist von Natur aus flexibel, PVC und PVDC benötigen Weichmacher, sonst wären sie hart und starr. Verschiedene organische und anorganische Ester dienen als Weichmacher. Generell wird flüssiger Weichmacher langsam in trockenes Polymerpulver gesprüht und auf ca. 150 °C (302 °F) erhitzt, um eine homogene Mischung zu bilden.

Herstellung der Haushaltsfolie

• 7 Folie wird per Extrusion hergestellt. Kunststoffgranulat wird geschmolzen – ca. 100 °C (212 °F) für Polyethylen, ca. 200 °C (392 °F) für PVC und PVDC. Die Schmelze wird durch eine Düse gepresst, bildet ein Rohr aus warmem, dehnbarem Kunststoff. In regelmäßigen Abständen wird Druckluft in das sich bewegende Rohr geblasen, wodurch große Blasen entstehen. Dies dehnt den Kunststoff auf die gewünschte Dünne. Die dünne Folie kühlt rasch ab, die Blase kollabiert zwischen Metallwalzen zu einem Flachfilm. Der Film wird auf eine große Metallwalze gewickelt – Rollen können mehrere Kilometer Folie halten. Der Film wird dann abgewickelt, auf übliche Länge (ca. 15 m / 49 ft) und Breite (ca. 0,33 m / 1 ft) geschnitten und auf kleine Papprollen gewickelt. (Dieses Ab- und Aufwickeln verleiht der Folie eine leichte negative statische Ladung, die das Anhaften unterstützt.) Die Papprollen kommen in Kartons mit gezackter Öffnungskante, damit Verbraucher gewünschte Längen abreißen können. Manche haben einen Klebepunkt auf der Schachtel, der den Folienrand festhält, damit er nicht an der Rolle klebt. Die Kartons werden in Versandkartons gestapelt und an den Handel geliefert.

Qualitätssicherung

Verschiedene Standardtests gewährleisten Folieneffektivität. Die wichtigsten: Permeabilität, Schlagfestigkeit, Reißfestigkeit.

Wasserdampfdurchlässigkeit wird gemessen, indem ein Gefäß mit Calciumchlorid (hoch wasserabsorbierend) befüllt, mit Folienprobe abgedeckt und gewogen wird. Das Gefäß kommt in eine Klimakammer mit kontrollierter Temperatur und Feuchte. Nach definierter Zeit wird erneut gewogen. Die Gewichtszunahme zeigt, wie viel Wasserdampf die Folie durchdrungen hat. Alternativ kann das Gefäß mit Wasser befüllt und der Gewichtsverlust gemessen werden. Tests erfolgen bei 23 °C/50 % r.F., 32 °C/50 % r.F. und 38 °C/90 % r.F.

Gasdurchlässigkeit wird gemessen, indem eine Folienprobe zwischen zwei Kammern platziert wird. Die obere Kammer hat 100 kPa Druck, die untere ein Vakuum mit Quecksilberröhrchen. Luft aus der oberen Kammer dringt durch die Folie, erhöht den Druck unten und senkt den Quecksilberspiegel. Die Änderung zeigt die Durchlässigkeit.

Schlagfestigkeit: Gewichte steigender Größe werden auf Proben fallen gelassen, bis die Hälfte bricht – Gewicht wird notiert. Alternativ: Säcke aus Testfolie mit Sand gefüllt, aus steigender Höhe auf harten Boden fallen gelassen bis zum Platzen – Höhe wird notiert. Oder: Kleiner Stahlball wird per Druckluft durch Folie geschossen, Verzögerung gemessen.

Reißfestigkeit umfasst Reißanfangskraft (Kraft zum Reißbeginn) und Reißfortsetzungsfestigkeit (Kraft zum Weiterreißen). Reißanfang: flach V-förmige Probe wird zwischen zwei Backen gezogen bis Reißbeginn. Der 90°-Winkel bietet kontrollierten Startpunkt. Reißfortsetzung: Probe mit vorgefertigtem Schlitz wird auseinandergezogen.

Generell ist PVDC fester und weniger durchlässig als Polyethylen, das weniger durchlässig ist als PVC.

Umweltaspekte

Da Haushaltsfolie schwer oder gar nicht recycelbar ist und selten wiederverwendet wird, trägt sie zum Müllaufkommen bei. Eine Verbraucherorganisation bewertete unter Berücksichtigung von Energie- und Rohstoffbedarf, Herstellungs- und Entsorgungsabfällen, Recyclingfähigkeit und typischem Verbrauch Folie als „Gut“. Zum Vergleich: Wiederverwendbare Kunststoffbehälter „Sehr gut“, Kunststoffbeutel „Gut“, Alufolie und Gefrierbeutel „Gut“, Gefrierpapier „Schlecht“. Ein weiteres Bedenken: Bestimmte Weichmacher in Folie könnten schädlich sein. Diese Chemikalien migrieren aus der Folie in heiße und fettige Lebensmittel. Zwar nie beim Menschen schädlich nachgewiesen, aber im Tierversuch bei hohen Dosen krebserregend. PVC-Folie kann bis zu einem Drittel Weichmacher enthalten, PVDC ca. 10 %, Polyethylen meist gar keine.