Achtergrond
Meer circulatie, minder afval: daar draait het om bij plastic recycling
van Coya Vallejo Hägi
Papier lassen in plaats van lijmen: Hoe lasers een revolutie teweegbrengen in de verpakkingsindustrie
9-3-2026
Vertaling: machinaal vertaald
Papieren verpakkingen worden beschouwd als recyclevriendelijk. Maar het is de sluiting die een probleem vormt. Lijmen en coatings maken recycling moeilijk. Een nieuw laserproces is erop gericht om deze toevoegingen overbodig te maken.
Elke doos cornflakes, elke papieren zak en elke papieren beker heeft een verborgen probleem: er zijn lijmen of lagen plastic nodig om ze dicht te maken. Dit klinkt als iets kleins, maar het is een echte uitdaging als het gaat om recycling. Deze toevoegingen vervuilen het papier, bemoeilijken het recyclingproces en verminderen de kwaliteit van het gerecyclede materiaal. Hierdoor gaan de voordelen van een hoog recyclingpercentage, lagere CO2-uitstoot en lage verwijderingskosten praktisch verloren.
Hoe groot is het probleem in de verpakkingsindustrie?
In feite treft dit probleem een groot deel van de markt: papier en karton zijn nu qua volume de belangrijkste verpakkingsmaterialen in Europa. Ze zijn goed voor ongeveer 40 tot 45 procent van alle verpakkingen, vooral voor voedsel en verzending. De resterende 55 tot 60 procent van de Europese verpakkingsmarkt bestaat voornamelijk uit kunststoffen (35 tot 40 procent), metalen verpakkingen (8 tot 10 procent), glas (5 tot 7 procent) en houten verpakkingen (3 tot 5 procent).
Veel van deze producten zijn in de handel verkrijgbaar.
Veel van deze producten, van vouwdozen tot snack- of meelzakken, worden afgesloten met lijm of plastic barrières. Hoewel deze vreemde stoffen vaak maar een paar procent van de totale massa uitmaken, veroorzaken ze onevenredig grote problemen bij papierrecycling. Omdat ze niet volledig uit de vezels kunnen worden verwijderd, verminderen ze de kwaliteit van het gerecyclede materiaal.
Het onderzoeksproject «Papure»
Vier Fraunhofer Instituten willen dit probleem veranderen. In het onderzoeksproject «Papure» werken de Instituten voor Toegepast Polymeeronderzoek (IAP), Materiaal- en Straaltechnologie (IWS), Procestechniek en Verpakking (IVV) en Bewerkingsmachines en Vormtechnologie (IWU) samen aan een proces dat volledig zonder lijm, kunststoffen of andere vreemde materialen werkt. Het belangrijkste onderdeel: een koolmonoxide (CO) laser.
De laser produceert zijn eigen lijm
De CO-laser werkt in het midden-infraroodgebied, waarvan de golflengte bijzonder goed wordt geabsorbeerd door organische papiervezels. Daardoor verwarmt hij het oppervlak extreem snel en plaatselijk zonder het materiaal te beschadigen.
Door papier te bestralen met een koolmonoxidelaser kunnen smeltbare reactieproducten worden gegenereerd die papierlagen aan elkaar hechten, d.w.z. niet alleen door te kleven, maar door het materiaal te versmelten. De truc zit hem in de fysica van het materiaal zelf: Papier bestaat voornamelijk uit de plantenvezels cellulose, hemicellulose en lignine.
Bron: Fraunhofer IVV
Wanneer de CO laser het papieroppervlak abrupt verhit, worden deze hoofdcomponenten op een gecontroleerde manier omgezet in korte-keten verbindingen. Deze smeltbare afbraakproducten blijven op het oppervlak achter en maken lijmvrije verbindingen mogelijk.
We maken praktisch onze eigen lijm in de vorm van splijtingsproducten.
De geproduceerde verbindingen zijn suikerachtig en kleverig en kunnen worden gereactiveerd tijdens de daaropvolgende hitteverzegeling. Het proces verloopt in twee fasen: De laser creëert eerst de smeltbare splijtingsproducten, en tijdens het daaropvolgende sealen worden ze opnieuw verhit en hechten ze de papierlagen permanent.
De nieuwe aanpak bestaat uit het bestralen van het papier met de CO laser en het op deze manier genereren van hersmeltbare suikerachtige splitsingsproducten die worden gebruikt om het papier te verbinden in plaats van de synthetische materialen of lijmen die anders nodig zouden zijn. Het papier neemt dus zijn eigen lijm mee en verliest deze volledig na recycling.
Vier instituten, één proces
Het project is gebaseerd op een taakverdeling. De eerste stap is materiaalselectie. Er zijn ongeveer drie dozijn papiersoorten om uit te kiezen. Er wordt speciale aandacht besteed aan het identificeren van het hemicellulose-, cellulose- en ligninegehalte van de papiersoorten, omdat deze van invloed zijn op de kleefeigenschappen van de materialen en op de hoeveelheid en samenstelling van de resulterende splijtproducten.
Een te hoog aandeel anorganische verbindingen zoals talk en calciumcarbonaat heeft een negatief effect op de kleefeigenschappen en de kleefkracht van de verbindingsnaden, zoals Dr. Robert Protz van het Fraunhofer IAP uitlegt. Dikker papier - zoals dat wordt gebruikt voor papieren wegwerpbekertjes of andere voedselverpakkingen - is bijzonder geschikt.
De fabriek in Dresden
Er wordt een modulaire fabriek voor papierverwerking op laboratoriumschaal gebouwd bij de IWU
Bron: Fraunhofer IVV
Een lasermodule en een gecombineerde seal- en ponsmachine zijn geïntegreerd in het systeem. De continu toegevoerde papierbaan wordt eerst behandeld met de CO-laser, dan samengevoegd met een tweede baan, verbonden met vier naden met behulp van het heatsealproces en gestanst om de zakgeometrie te creëren.
Bron: Fraunhofer IVV
Bron: Fraunhofer IVV
Het doel is ambitieus, maar haalbaar: Tegen het einde van het project in september 2026 moet het laboratoriumsysteem tien pakketten per minuut kunnen produceren. De beoogde naadsterkte gaat zelfs verder dan het papier zelf. De gesealde naad moet stabieler zijn dan het materiaal eromheen.
Wat het proces nog moet bewijzen
Het is op dit moment onduidelijk hoe goed het proces werkt met gecoat papier of papier met een hoog mineraalgehalte. Beide worden veel gebruikt in de verpakkingsmarkt. De bestendigheid van de gesealde naden tegen vocht, vet of lage temperaturen moet ook eerst worden bewezen onder echte omstandigheden.
Het zal ook cruciaal zijn om te zien of het proces op de lange termijn de hoge cyclussnelheden van industriële verpakkingslijnen kan halen, waarvan sommige momenteel enkele honderden eenheden per minuut halen.
Klaar voor de industrie
Dankzij deze onbeantwoorde vragen is het proces vanaf het begin ontworpen voor industriële bruikbaarheid. Het «Papure» systeem kan als een modulaire uitbreiding achteraf worden ingebouwd in bestaande productielijnen.
In de volgende stap wordt het proces verder ontwikkeld.
In de volgende stap willen de projectpartners samenwerken met bedrijven uit de verpakkings- en voedingsmiddelenindustrie om te onderzoeken hoe de laboratoriumresultaten kunnen worden overgezet naar grootschalige productieprocessen. Om het proces naar serieproductie te brengen, moeten ook papierfabrikanten en machinebouwers erbij betrokken worden.
Omslagfoto: Fraunhofer IVV
Mijn interesses zijn gevarieerd, ik geniet gewoon graag van het leven. Altijd op zoek naar nieuws over darten, gamen, films en series.
Achtergrond
Interessante feiten uit de wereld van producten, een kijkje achter de schermen van fabrikanten en portretten van interessante mensen.
Alles tonen
