Nachhaltige Stärkeschaumfolie

Ziel des Projekts ist es, eine flexible, geschäumte Folie auf Basis des nachwachsenden Rohstoffs Stärke zu entwickeln. Die Folie ist als nachhaltige Alternative zu fossilen Schäumen (z. B. LDPE) für Verpackungs- und Bauanwendungen einsetzbar. Die Stärkeschaumfolie soll im Verpackungsbereich durch gute Stoßdämpfung, Elastizität und eine glatte Oberfläche überzeugen und im Bauwesen als akustisch wirksame Trittschalldämmung fungieren.

Dafür entwickelte das Forschungsteam stärkebasierte Compounds mit möglichst hohem Stärkeanteil und optimierte diese für die Verarbeitung auf konventionellen Extrusionsanlagen. Über physikalische Treibmittel (z. B. CO₂) wird eine feinzellige, geschlossenporige Schaumstruktur erzeugt; Zielgrößen sind geringe Dichten (< 50 kg/m³) und Folienstärken ab 2 mm. Fraunhofer UMSICHT entwickelte die Rezeptur: Hierfür wird der Rohstoff Stärke mithilfe von Prozesshilfsmitteln zu thermoplastischer Stärke (TPS) aufgeschlossen. Durch den Einsatz geeigneter Blendpartner, Weichmacher und Additive verliert das Compound die typischen TPS-Schwachstellen: Sprödigkeit und Feuchteempfindlichkeit.

Ein weiteres Kernziel ist eine CO₂-neutrale Verwertung am Ende der Nutzungsphase. Dazu gehören die Überprüfung unterschiedlicher End-of-Life-Pfade wie werkstoffliche Wiederverwertung (innerbetriebliches Recycling) und die industrielle Kompostierbarkeit.

Geschäumte Verpackungsfolien werden oft nur einmal genutzt und selten recycelt; die thermische Verwertung ist deshalb dominierend. Gleichzeitig wächst der Bedarf an leichten, dämpfenden Verpackungen im E‑Commerce sowie an nachhaltigen Dämm- und Akustiklösungen im Bauwesen. Das Projekt adressiert diese Lücke mit einer stärkebasierten, industriell kompostierbaren Schaumfolie, die fossile Materialien technisch und wirtschaftlich ersetzen kann.

Fraunhofer UMSICHT verfügt über langjährige Expertise in den Bereichen stärkebasierte Compounds, Verarbeitung zu Folien und der Prüfung von Bioabbaubarkeit/Kompostierbarkeit (DIN CERTCO/BPI-anerkanntes Labor). Zusammen mit IKV (Schaumextrusion), Loick (Scale-up und Markt), SHS (Daten-/Prozessintelligenz) und Gefinex (industrielle Fertigung) adressiert dieses Projekt die gesamte Wertschöpfungskette– von der Rezeptur bis hin zur industriellen Verarbeitung.

Adressierte Probleme und Vorteile für die Praxis:

• Substitution fossiler LDPE-Schäume durch stärkebasierte, kompostierbare Alternativen mit vergleichbarer Performance
• Verarbeitung auf Standardanlagen zur Kunststoffverarbeitung; damit geringe Investitionshürden und schneller Scale-up
• Kostenvorteile durch hohen Stärkeanteil bei gleichzeitig verbesserter Schmelzefestigkeit, Flexibilität und Dämpfung
• Nachhaltige End-of-Life-Optionen (werkstoffliche Wiederverwertung, Kompostierbarkeit) und gezielte Konzepte für Abfallströme in Verpackung und Bau
• Für Verpackungen: leichte, stoßdämpfende, feinzellige Polsterfolien, schweißbar, geeignet für variierende Produktgrößen
• Für den Bau: potenziell leistungsfähige Trittschalldämmung mit stabiler, geschlossenzelliger Struktur

Das Projektteam entwickelte als bisheriges Ergebnis eine Basisrezeptur, die für unterschiedliche Anwendungen und/oder an den Verarbeitungsprozess individuell angepasst werden kann. Die Basisrezeptur ist beim Compounding über längere Zeiträume prozessstabil und hat für das Schäumen vielversprechende rheologische Eigenschaften. Das Scale-up der Granulat-Herstellung auf Basis dieser Rezeptur konnten die Forschenden im Projekt demonstrieren.

Aus der Basisrezeptur wurden unterschiedliche Folienmuster gefertigt:

1. Flachfolie (nicht geschäumt) mit guten mechanischen Eigenschaften und einer haptisch angenehmen, glatten Oberfläche; potenziell auch für weitere Anwendungen geeignet.

2. Flexible, physikalisch geschäumte Folie

Kennwerte der geschäumten Folie (Basisrezeptur):

Zur Optimierung werden weitere Materialrezepturen, Prozessparameter und Treibmittelanteile systematisch untersucht. Zwei vielversprechende Rezepturen wurden im Compounding bereits identifiziert: Sie zeigten eine höhere Schmelzedehnbarkeit; Schaumfolientests stehen hierzu noch aus.

• Loick Biowertstoff GmbH
• Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen (IKV)
• SHS plus GmbH
• Gefinex GmbH