Aluminiumfolie in flexiblen Verpackungen: Dünn, aber technisch anspruchsvoll

Aluminiumfolie ist aus vielen anspruchsvollen Verpackungsanwendungen kaum wegzudenken. Doch was macht dieses extrem dünne Material eigentlich so leistungsfähig? Welche Rolle spielen Legierung, Foliendicke und Poren? Und warum ist Aluminium insbesondere bei hohen Barriereanforderungen an die Verpackung interessant?

Diese Fragen standen im Mittelpunkt des Innoform-Webseminars „Aluminiumfolien für flexible Verpackungen“ mit Dr. Günter Schubert. Von der Aluminiumherstellung über das Walzen und Glühen bis hin zu Barriere, chemischer Beständigkeit und deren Grenzen, der Rolle von Alufolie beim Siegeln und den Vergleich zu metallisierten Kunststofffilmen, spannte er den Bogen entlang der gesamten Prozesskette.

Von Bauxit bis zur hauchdünnen Folie

Zu Beginn ging Günter Schubert auf die Herstellung von Aluminium ein. Aus Bauxit wird zunächst Aluminiumoxid gewonnen, aus dem anschließend mittels Schmelzflusselektrolyse Aluminium entsteht. Dabei wurde deutlich: Die Herstellung von Primäraluminium benötigt viel elektrische Energie, weil die starken Bindungen zwischen Aluminium und Sauerstoff aufgebrochen werden müssen.

Bis eine nur wenige Mikrometer dünne Verpackungsfolie entstehen kann, sind zahlreiche weitere Arbeitsschritte notwendig. Nach Einstellung und Kontrolle der Legierungszusammensetzung werden aus dem flüssigen Metall Barren gegossen und anschließend in mehreren Stufen warm- und kaltgewalzt. Sehr dünne Folien werden vor dem letzten Walzstich gedoppelt und diese beiden Folienlagen gemeinsam gewalzt. Dabei entstehen die charakteristische Glanz- und Mattseite der Aluminiumfolie.

Die Legierung bestimmt wichtige Eigenschaften

Aluminiumfolie ist nicht gleich Aluminiumfolie. Unterschiedliche Legierungsbestandteile beeinflussen unter anderem Festigkeit, Dehnung, Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Im Webseminar wurde beispielsweise erläutert, dass eisenhaltige Partikel Auswirkungen auf die Korrosionsempfindlichkeit der Folie haben können. Der Referent machte zudem deutlich, dass sich selbst Folien mit derselben normierten Legierungsbezeichnung verschiedener Hersteller in ihrer tatsächlichen Zusammensetzung deutlich unterscheiden können. Hersteller arbeiten innerhalb der zulässigen Legierungsbereiche mit jeweils eigenen, engeren Fenstern der Zusammensetzung.

Für die Verpackungspraxis bedeutet dies: Nicht nur die Legierungsnummer betrachten, sondern die Anforderungen der konkreten Anwendung mit einbeziehen.

Glühen: mehr als nur eine Wärmebehandlung

Einen weiteren Schwerpunkt bildete das sogenannte Fertigglühen. Es beeinflusst nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Folie, sondern dient unter anderem dazu, Walzöl zu entfernen und die Benetzbarkeit für die anschließende Veredelung einzustellen. Beim Glühen wird die schützende Oxidschicht verdickt.

Besonders interessant für Veredler: Innerhalb einer geglühten Folienrolle können sich über die Folienbreite Unterschiede der Benetzbarkeit zwischen Rand und Mitte ergeben. Günter Schubert erläuterte, dass Walzöl in der Mitte über die Rollenbreite einen längeren Weg nach außen zurücklegen muss, um die Rolle zu verlassen und die Benetzbarkeit kann deshalb hier niedriger sein als am Rand. Eine Corona-Behandlung kann in bestimmten Fällen die Haftung verbessern beziehungsweise Unterschiede in der Benetzbarkeit reduzieren. Corona-Behandlung ist bei weichgeglühter Aluminiumfolie jedoch nicht grundsätzlich erforderlich.

Aluminium als nahezu perfekte Barriere

Einer der wichtigsten Gründe für den Einsatz von Aluminiumfolie ist ihre Barrierewirkung. Im Gegensatz zu Kunststoffen permeieren Sauerstoff und Wasserdampf nicht durch das Metallgitter von Aluminium. Entscheidend sind daher mögliche Poren und Defekte in der Folie beziehungsweise im fertigen Verpackungsverbund.

Ein weiterer Vorteil zeigt sich bei höheren Temperaturen: Während die Permeationsraten durch Kunststoffe mit steigender Temperatur stark ansteigen, bleibt die Barriere des intakten Aluminiums auch während eines Sterilisationsprozesses vollständig erhalten.

Poren: sichtbar, aber nicht automatisch ein Barriereproblem

Besonders intensiv diskutierten die Teilnehmenden die Porosität dünner Aluminiumfolien. Mit abnehmender Foliendicke kann die Zahl der Poren steigen. Günter Schubert nannte als typische Größenordnung für eine 6-µm-Folie von beispielsweise bis zu etwa 1.000 oder auch 2.000 Poren pro Quadratmeter, betonte jedoch ausdrücklich, dass die Werte stark von Herstellung, Walzenzustand und weiteren Prozessbedingungen abhängen können.

Entscheidend ist: Sichtbare Poren bedeuten nicht automatisch einen Verlust der erforderlichen Barriereleistung. Anhand von Berechnungsmodellen zeigte der Referent, dass Aluminiumverbunde selbst bei einer großen Zahl kleiner Poren immer noch überragend gute Sauerstoffbarrieren bieten können.

Auch die Qualitätsprüfung wurde erläutert. Eine Aluminiumfolie kann auf einem Lichttisch im Durchlicht inspiziert, Poren lokalisiert, optisch analysiert und deren Größenklassen und Populationen bestimmt werden. Dabei verwies der Referent auch auf die DIN EN 546.

Die Verpackungsverarbeitung entscheidet mit

Eine wichtige Erkenntnis des Webseminars: Nicht nur die ursprüngliche Folie bestimmt die Barriere des späteren Verpackungssystems.

Am Beispiel von Getränkekartons zeigte Günter Schubert, wie an Rilllinien, Knickstellen und in Siegelbereichen die Aluminiumschicht beeinträchtigt werden kann. Trotz solcher zusätzlichen Beschädigungen beim Herstellen einer Verpackung und beim Abfüllprozess kann die Verpackung trotzdem eine sehr gute Barriere beibehalten.

Neben der reinen Materialspezifikation spielt die gesamte Prozesskette bis zur fertigen Verpackung eine tragende Rolle.

Aluminium unterstützt auch den Siegelprozess

Aluminium bietet neben der Barriere weitere funktionelle Vorteile. Eine davon ist der sogenannte Dead Fold: Nach einer Verformung besitzt die Folie nur geringe Rückstellkräfte. Das kann sich positiv auf die Konturierung von Siegelnähten auswirken. Hinzu kommt die gute Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums, die eine schnelle Abkühlung der Siegelnaht durch Verteilung der Wärme in die Fläche eines Verbunds nach Beendigung der Wärmeeinleitung bewirkt und somit den Hot Tack verbessert.

Am Beispiel Getränkekarton wird gezeigt, wie Aluminiumfolie Induktionssiegelung ermöglicht. Dabei wird die Aluminiumschicht über ein elektromagnetisches Wechselfeld erwärmt und diese Wärme von der Alufolie unmittelbar in benachbarte thermoplastische Siegelschichten gebracht.

Metallisierung als Alternative?

In der abschließenden Diskussion ging es auch um metallisierte Kunststofffilme sowie SiO_x– und AlO_x-Schichten auf Filmen. Günter Schubert ordnete diese Lösungen als relevante Möglichkeiten zur deutlichen Verbesserung der Barriere von Kunststofffolien ein. Gleichzeitig machte er deutlich, dass solche dünnen Barriereschichten hinsichtlich Defekten und mechanischer Beanspruchbarkeit nicht mit einer gewalzten Aluminiumfolie gleichzusetzen sind.

Im Kontext recyclingfähiger Verpackungskonzepte können diese Technologien dennoch eine wichtige Rolle spielen. Entscheidend bleibt die Frage, welche Barriere für das jeweilige Füllgut tatsächlich benötigt wird.

Fazit: Barriere muss zur Anwendung passen

Das Webseminar zeigte eindrucksvoll, wie viele Faktoren hinter einer scheinbar einfachen Aluminiumfolie stecken. Legierung, Walzprozess, Glühbedingungen, Foliendicke, Porosität, Beschichtung und die spätere Verpackungsverarbeitung greifen ineinander.

Gleichzeitig wurde deutlich: Bei der Bewertung einer Verpackung sollte nicht allein die eingesetzte Materialmenge betrachtet werden. Günter Schubert wies in der Diskussion darauf hin, dass auch die Risiken einer möglichen Unterverpackung berücksichtigt werden sollten, da der energetische Aufwand für das verpackte Produkt den der Verpackung meist um ein Vielfaches übersteigt.

Die zentrale Botschaft für Verpackungsentwickler und Verarbeiter: Nicht die bestmögliche Barriere ist automatisch die beste Lösung. Entscheidend ist eine technisch sichere Verpackung, deren Material, Verarbeitung und Barriereleistung auf das jeweilige Füllgut und die Anforderungen der Anwendung abgestimmt sind.

Besonders interessant aus der Diskussion

• Dünnere Aluminiumfolien können eine höhere Porenzahl aufweisen, ohne dass dadurch automatisch die erforderliche Barriere verloren geht.
• Die tatsächliche Legierungszusammensetzung, die Prozessbedingungen des Folienherstellers und die daraus resultierenden Gefüge und Oberfläche der Folie spielen eine wesentliche Rolle.
• Corona-Behandlung von Aluminium kann in bestimmten Fällen die Haftung verbessern, ist aber nicht generell notwendig.
• Verarbeitungsprozesse wie Rillen, Formen und Siegeln müssen bei der Bewertung der Barriere des fertigen Packmittels berücksichtigt werden.
• Metallisierungen, AlO_x– und SiO_x-Schichten bieten interessante Barrierelösungen, verhalten sich jedoch technisch anders als eine Aluminiumfolie im Verbund.

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