Daniel arbeitet im Innoform Testservice in Oldenburg, und einer seiner Schwerpunkte als promovierter Chemiker ist die Material-Analyse von Fremdkörpern, Kunststoffen und Folien.
Wissen Sie, wie man Fremdkörper in Lebensmitteln analysieren kann? Und wussten Sie, dass durch geeignete Kombination analytischer Methoden sogar Mehrschichtfolien in ihren einzelnen Bestandteilen analysiert werden und Schichten, dünner als ein Bruchteil eines menschlichen Haars, erkennbar sind? Sie erfahren in diesem Podcast, was man dafür braucht und wofür beispielsweise ein Mikrotomschnitt nötig ist.
Mit Daniel Wachtendorf spreche ich über die Faszination der organischen Chemie. Seine Begeisterung für die Material-Analytik wird in jedem Satz und an seinem Engagement deutlich. Ausgehend von den einzelnen Prozessschritten, die im Innoform Labor in Oldenburg durchgeführt werden, um ein Material umfassend zu charakterisieren, kommen wir dann schnell zu Praxisbeispielen und Anwendungen für solche zunächst theoretisch anmutenden Prüfergebnisse.
Wir streifen IR-Spektroskopie, Mikroskopie, Thermoanalyse wie DSC und bereden im Detail, wie diese verschiedenen Ergebnisse aufgrund vieler Erfahrungswerte dann ein Gesamtbild ergeben.
Egal, ob Fremdkörper im Lebensmittel, in Mehrschicht-Barrierefolien oder in der Papierverpackung – Daniel findet die dünnsten Schichten und kleinsten Partikel mit den modernen Geräten im Innoform Testservice.
Hören Sie rein! Wenn Sie sich für Flexpack und Kunststoffe sowie Papierverpackungen interessieren, ist das bestimmt ein Gewinn für Sie.
Weitere Informationen rund um Material-Charakterisierung und Analysen von Folien und Folienverpackungen finden Sie auch auf www.innoform-testservice.de
Transkript
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Folienwissen Spezial, der Innoform-Podcast zum Inno-Talk. In dieser Episode spreche ich mit Dr. Daniel Wachtendorf des Innoform Testservice in Oldenburg. Er wird sprechen über die Materialcharakterisierung, die Methoden, die dafür notwendig sind, um zum Beispiel Folien oder Fremdkörper in Lebensmitteln hinsichtlich ihrer Bestandteile und Herkunft vielleicht sogar zu analysieren.
Wir streifen das Thema Papierbeschichtung, werden über Lebensmittelverpackungen mit EVOH-Barriere sprechen und kommen dann gegen Ende noch zu vielen Praxisanwendungen, und wofür ich eine Materialcharakterisierung von Verbundfolien oder von beschichteten Papieren überhaupt einsetzen kann. Freuen Sie sich auf diesen enthusiastischen und sehr leidenschaftlichen Podcast mit Daniel Wachtendorf. Herzlich willkommen im Innoform-Podcast, Daniel Wachtendorf, unser Neuzugang in Oldenburg will ich mal sagen, im Testservice. Bevor wir aber über dein Fachgebiet sprechen, und du bist ja Chemiker von der Ausbildung, will ich mal ein bisschen hören, was vorher war, bevor du Chemiker geworden bist.
Erzähl mal ein bisschen aus deinem Leben. Vor Chemie war bei mir gar nicht so viel. Dass ich überhaupt zur Chemie gekommen bin, ist schon ein ziemlicher Quergang eigentlich gewesen, weil man kennt es ja in der Schule, muss man sich dann irgendwann mal entscheiden, wo soll es denn hingehen, vor allem bei der Wahl des Oberstufenprofils. Da hieß es dann so: ja, Bio, Chemie, was willst du machen, musst noch irgendwie ein Abdeckerfach wählen – ja, Teufel, Elend, Qual, was willst du haben –, Bio war die drei Minus, Chemie nur eine Drei, hab mich denn für Chemie irgendwie entschieden und auf einmal den Raketenstart hingelegt, komplette Oberstufe, volle Punktzahlen in Chemie gehabt und hat dann super Spaß gemacht, hatte dann tatsächlich mir sogar noch einen – das nennt man sich dann Seminarfach –, noch zur nachhaltigen Chemie dazu gewählt und da dann wirklich die Begeisterung gefunden und ja, danach war dann die Frage: macht man das Ganze mehr auf Lehramt, möchte man wirklich weiteren Schülern da die Begeisterung dran bringen oder möchte man da ein bisschen mehr forschen?
Dann hab ich dann dazu entschieden, tatsächlich das als Komplettfach zu wählen, erst auf Umwegen mit Technik als Zweifach, das dann allerdings schnell abgeschrieben und komplett mich auf die Chemie konzentriert und bin da den straighten Weg über Bachelor, Master und am Schluss hat tatsächlich auch meine Promotion weggegangen. Das Ganze in der organischen Chemie, das eigentlich immer so mein Steckenpferd war, auch schon eine Oberstufe, habe dann meine Promotion auf dem Gebiet der Synthese und der Analyse von chiralen Scaffolds, die halt für vor allem Medikamente genutzt werden. Das war schon immer so ein großes Interesse von mir. Da kann man echt viel machen, vor allem aber auch, was die Analyse angeht.
Das ist mit den chiralen Säulen, mit der Enantiomerenanalytik und solchen Dingen schon immer sehr interessant gewesen. Ja, also mit den Polymeren so bei Innoform hatte ich vorher nicht so viel zu tun, aber also im Studium hat man es natürlich immer. Aber hier bei Innoform machen wir auch viel Analytik. Und gerade das war es dann, wo ich dann halt auch schon ein bisschen was mitbringen konnte und mich dann auch für wirklich interessiert habe.
Vor allem so dieses ein bisschen Forschen, ein bisschen so Detektivspielen vor allem auch. Wir suchen ja mal nach den Fehlern, nach den Problemen. Warum kommt der Kunde überhaupt zu uns? Und gerade das passt dann auch besonders gut dazu.
Da sehe ich mich dann auf jeden Fall auch hochspannend. Wir wollen jetzt nicht deine Fachbegriffe, Ausschlüssel, die du vorhin genannt hast. Das ist ja alles nur Bahnoo, verstehe ich da. Aber wir wollen ja unseren Zuhörern was über Folien und Kunststofftechnik und vor allen Dingen auch Analytik erzählen in diesem Podcast und auch so ein bisschen darauf hinweisen.
Was kann ich eigentlich damit anfangen? Weil erst mal ist ja so eine Prüfung, so eine Black Box für den Kunden. Aber auch dazu vorher noch mal ein paar persönliche Fragen, Daniel. Hörbuch oder Buch?
Audiobooks und persönliche Lesegewohnheiten
Buch auf jeden Fall. Also ich habe zu Hause meine eigene kleine Bücherei. Ich bin jetzt glaube ich bei über 500 Büchern. Hörbücher kann ich mich immer schlecht konzentrieren.
Meistens lesen mir die Leute tatsächlich zu langsam vor. Auch wenn man das mittlerweile beschleunigen kann, dann fehlt mir wieder die Konzentration. Also ich bin da eindeutig der visuelle Mensch und liebe auch diese Haptik, wirklich ein Buch in der Hand zu haben. Also es gibt mir wirklich was, dann wirklich darin blättern zu können und dann Seite für Seite dann auch mich wohlzufühlen.
Ich habe gestern mit einer Redakteurin von der großen Verpackungszeitschrift gesprochen. Die hat gesagt, ihr Papierpreis hat sich vervierfacht. Hoffentlich überlebt das Buch das. Das ist nur so ein kleiner Spaß am Rande, fällt mir gerade ein.
Noch eine zweite Frage. Radio oder Podcast? Schwere Frage. Also Radio höre ich mehr so nebenher.
Das buddelt halt den ganzen Tag. Aber wenn ich dann wirklich Zeit habe und mich ein bisschen entspanne, dann lieber den Podcast. Gut, jetzt gucken wir mal ins Fachliche so ein bisschen rein. Daniel, du bist ja auch eigentlich übergreifend in allen möglichen Bereichen schon unterwegs gewesen bei Innoform.
Aber ein Schwerpunkt ist ja auch die Materialcharakterisierung, Materialprüfung, organische Chemie. Vielleicht kannst du uns das vorab noch erzählen. Was hat das überhaupt mit Kunststoffen zu tun? Das hast du ja studiert.
Ja, organische Chemie ist eigentlich mehr so die absolute Basis von Kunststoffen. Also bei Kunststoffen sprechen wir immer von Polymeren. Und in der organischen Chemie ist es ja eigentlich die Monomere, die wir da haben. Also maximal vielleicht mal ein Dimer oder ein Trimer.
Dann ist das eigentlich schon so das Höchste. Aber es bietet halt die komplette Basis an. Also jeglicher Baustein, den wir halt später im Kunststoff wiederfinden, kommt halt irgendwann mal aus organischer Chemie heraus. Genau.
Organische Chemie und Materialcharakterisierung
In meinen Seminaren sage ich immer so flapsig: Organische Chemie ist Kunststoff. Dann sind die immer alle ganz platt und denken, wieso Organik? Das ist doch was mit Gras und Luft und so. Nein, nein, das auch, aber eben auch mit Kunststoff.
Aber jetzt mal zur Materialcharakterisierung. Das ist ja ein Schwerpunkt auch bei Innoform von Anfang an. Als wir 1998 begonnen haben, in meinem Keller unten, haben wir auch schon Materialanalysen gemacht, haben uns damals ein gebrauchtes IR-Mikroskop gekauft von BMW damals. Das haben wir jetzt in den Ruhestand geschickt vor ein paar Jahren.
Aber erzähl uns doch mal, warum beauftragen überhaupt Kunden eine Materialanalyse, Materialcharakterisierung bei Innoform? Also da gibt es eigentlich mehrere unterschiedliche Gründe für. Also hauptsächlich kommen tatsächlich dann die späteren Kunden zu uns und möchten wissen, was liefert mir überhaupt der Lieferant? Also welche Folien habe ich da wirklich bekommen?
Entspricht das der Spezifikation, die mir der Lieferant mitgibt? Oder ist das völliger Humbug? Also vor allem jetzt in Zeiten, wo manche Rohstoffe knapp werden. Wir sprechen jetzt hier von EVOH.
Da ist halt die Frage, ist da wirklich EVOH drinne? Ist das irgendeine Mischung? Ist das wirklich die Schichtdicke, die ich da finden möchte? Weil eine Barriere haben wir halt erst ab gewissen Schichtdicken.
Also das ist so der eine Bereich, diese Überprüfung. Dann ist halt der andere Bereich so Schadensfälle. Wenn irgendwelche Probleme auftauchen, sei es eine Verblockung, die zum Beispiel auf Strippen basiert oder irgendeine Delamination, dann können wir gucken, ist der Kaschierkleber das Problem oder ähnliche Dinge. Dann gucken wir uns halt wirklich die genauen Lagen an, können ein bisschen dazwischen gehen und nicht nur sagen so: „Ja, es delaminiert“, sondern woher kommt das Problem?
Und was jetzt auch sich so ein bisschen vermehrt, tatsächlich ist so die Frage nach der Recyclingfähigkeit. Haben wir jetzt ein Monomer oder wirklich ein Verbund, der sich nicht so einfach recyceln lässt? Welche Voraussetzungen haben wir dazu? Ganz schön breiter Blumenstrauß dann, das ist hochspannend.
Aber ich stelle mir jetzt mal vor, da kommt jetzt einer, der so eine Materialanalyse haben. Wie geht man denn da überhaupt vor? Wie fängt man an? Ja, als allererstes ist es erstmal wichtig, das Material in der Hand zu haben, weil das ist natürlich immer so ganz wichtig.
Papier-Kunststoff-Verbunde analysieren und trennen
Was habe ich da gerade? Da habe ich dann Verbundfolien, zum Beispiel mit Papier. Dann gehe ich da ganz anders ran. Dann muss ich mich nämlich erst mal anschauen.
Kriege ich vielleicht Papier und Kunststoff voneinander getrennt, um das getrennt voneinander analysieren zu können, weil gerade so Papierverbünde machen uns wirklich große, nicht Probleme, aber müssen ganz anders angeschaut werden. Vor allem, was das Flächengewicht angeht oder aber auch beim Mikrotomschnitt, den wir dann machen. Wenn wir dann wirklich so eine Standardprobe haben oder den Kunststoff vom Papier getrennt haben oder auch vom Aluminium, dann geht es als erstes immer an die Ballstein-Probe. Man kennt sie noch aus der Chemie tatsächlich.
Habe ich im Studium auch ausreichend gemacht, bei der wir dann einfach eben auf die Halogene testen, um dann als nächstes erst mal eine DSC zu machen, also eine Differential Scanning Calorimetrie, bei der wir dann schauen können, welche Werkstoffe sind überhaupt eingebracht in dem Material. Und dann geht es danach dann auch schon tatsächlich in den Mikroskopiebereich, wo wir dann die Schichtdickenverteilung zunächst einmal aufnehmen im Verbund, dann das Ganze mit einer Polarisationsmikroskopie, bei der wir dann die verschiedenen Schmelzpunkte der einzelnen Schichten sogar noch mal aufnehmen. Vielleicht nicht ganz so genau wie eine DSC, aber dafür halt auf jede einzelne Schicht können wir das Ganze dann machen. Und um das ganze Paket dann so ein bisschen abzurunden, haben wir dann ja noch die IR-Mikroskopie beziehungsweise die Oberflächentechniken, um dann wirklich noch genauere Informationen über die Werkstoffe erhalten zu können.
Also das ist immer so das Grundpaket, von dem besprechen, wenn wir eine Materialcharakterisierung machen. Jetzt habe ich mir überlegt, wir gehen mal so ein bisschen schrittweise durch eine Materialanalyse, weil das war jetzt ja so die Übersicht, quasi das Inhaltsverzeichnis von dem, was man so braucht. Aber ich fange mal gleich mit dem ersten Fremdwort an: Mikrotomschnitt und Trennung der Lagen. Erklär mal ein bisschen detaillierter, was genau muss da gemacht werden?
Ja, wir können ja schlecht einfach auf eine Folie von oben draufgucken und sagen, das sind jetzt fünf Schichten. Also wir brauchen da eigentlich mal einen Querschnitt. Und wenn wir einen Mikrotomschnitt machen, dann ist es genau das, was wir tun. Wir spannen unsere Folien auf.
Beziehungsweise einen jeglichen Halter ein. Also das ist genau dieser Punkt, wo auch dann das große Know-how zu tragen kommt. Wie man diesen Schnitt macht, die Probe einspannt, sie vorher präpariert oder andere Dinge, ohne am Schluss das Ergebnis zu verfälschen. Das ist so das Wirkliche, die Essenz des Ganzen erst mal.
Ja, dann machen wir halt einen sehr dünnen Mikrotomschnitt, bei dem wir ja dann von einem Mikrometer Schnitt sprechen. Meistens so im dicken Maßstab zwischen fünf Mikrometern und 20 Mikrometern. Das sind so die meisten Bereiche, die wir machen. Und schneiden uns dann so einen Querschnitt ab und schauen uns den dann meistens im Durchlicht mit einem Mikroskop an, um dann da drin halt die Schichtdickenverteilung zu messen und zu bestimmen.
Genau. Mikrometer, dass wir uns was vorstellen können, ist ja ein Tausendstel Millimeter und so ein Haar hat so 50 ungefähr. Und so ein Mikrotomschnitt ist tatsächlich teilweise noch dünner, hast du gerade gesagt. Ja, genau.
Mikrotomschnitte bei ultradünnen Folien
Also wir haben die Folien werden ja auch immer dünner. Das wird dann auch irgendwann sehr interessant. Irgendwann hat man da so einen rechteckigen Block, muss man sich das vorstellen. Also um so dick eine Folie ist, dann werden wir jetzt hier von 100 µ, 200 µ sprechen, dann ist das Ganze noch gut handhabbar.
Wenn man dann so einen 10 µ Schnitt macht, dann legt sich das Ganze auch schön hin. Dann hat man da wirklich auch was unter dem Mikroskop. Aber wenn man da jetzt von einer 30 µ Folie, die wir ja mittlerweile auch häufig hier liegen haben, dann einen 10 µ Schnitt macht, dann hat man da, muss man sich vorstellen, so ein Kantholz da drunter legen, was sich dann die ganze Zeit hin und her dreht. Also wirklich auch so ein Haar, was dann da auch drunter liegt.
Und das ist schon präparativ ein wirklicher Aufwand. Aber da liegt dann halt auch immer das, was dann spannend ist, das aufzubereiten und den Kunden auch so darstellen zu können, dass er sich da drunter was vorstellen kann. Also beim Präparieren Mund zu, nicht durch den Mund einatmen, sonst ist das Problem sofort gegessen. Lieber nicht machen.
Ja, Corona lässt grüßen. Also wirklich, das Masken tragen ist ein großer Fortschritt, muss man sagen. Also mit der Maske, seitdem wir hier arbeitsbedingt, Corona-bedingt Maske tragen müssen, ist tatsächlich einfacher, weil nicht die Probe wegfliegt vor allem. Und ein Grund ist natürlich die Mikroskopie.
Der Mensch ist ein visuelles Wesen. Wir wollen immer alles sehen. Wir haben gerade ein neues Mikroskop auch investiert. Da wollen wir nicht im Detail darauf eingehen.
Aber was für eine Rolle insgesamt spielt überhaupt die Mikroskopie bei der Materialanalyse von Folien? Sehr großes. Also im Endeffekt alle weiteren Methoden, die wir anwenden, geben wir am Schluss ja auch wieder zusammen als Puzzleteil auf den Mikrotom-Schnitt, den wir im Endeffekt durchführen. Also wir geben ja auch detaillierte Angaben dazu, welche Schicht besteht aus was?
Und damit der Kunde sich überhaupt vorstellen kann, wie sieht diese Schicht aus? Wie ist sie aufgebaut? Muss er halt einmal seinen Schnitt sehen. Wenn eben nur sagen, ja Schicht 1 bis 5 sind PP, PE, noch ein PE koextrudiert oder ähnliches, der kann sich halt überhaupt nichts darunter vorstellen.
Alleine, wenn ich ihm nur die Schichtdicke sage, dann kann er sich genauso gut seine Spezifikation angucken. Da stehen die Zahlen genauso drin. Aber wenn er das Bild dort vor sich liegen hat und eventuell sieht, da sind Fehlstellen sogar noch drin. Oder manchmal sieht man sogar das Recycling-Material oder aufbereitetes Material durch jegliche Stippen, Bläschen oder anderes, halt in diesen Stippen.
Mikroskopie in der Materialcharakterisierung
Da kann man schon wirklich viel drauf machen. Also ohne Mikroskopie wäre eigentlich eine Materialcharakterisierung gar nicht so möglich. Hochspannend. Wir kommen ja gleich auch noch so ein bisschen auf das Thema Fremdkörper und sowas.
Aber gerade im Bereich Recycling haben wir ja einfach mehr mit Stippen zum Beispiel zu kämpfen. Die würde man unter Mikroskop dann auch gut erkennen und analysieren können? Ja, also wir haben tatsächlich bei uns auch so ein Angebot, sage ich jetzt mal rund um Partikel- und Stippenanalyse, wo wir dann wirklich uns ganz genau kleinste Stippen anschauen. Also wir sagen immer so, bei einer Materialcharakterisierung eigentlich kleiner zehn µm-Schichten geben wir keine super detaillierten Angaben zu, beziehungsweise nur mit ergänzenden Analysen, weil der Aufwand – um so dünner eine Schicht ist – ist natürlich enorm.
Das müssen wir nur beachten. Bei Stippen und Partikeln sagen wir tatsächlich, wir gehen bis runter zu einem Mikrometer. Also wenn wir auch eine Stippe haben oder ein kleinster Partikel oder ähnliches, den Durchmesser von einem Mikrometer bis zwei Mikrometer hat, können wir dort bereits Aussagen treffen, was das ist, was finden wir dort vor und ähnliches. Ist ja hochspannend und da spielt sicherlich auch die IR-Spektroskopie eine Rolle.
Das ist ja ein Baustein, den du auch genannt hast für die Materialanalyse. Mit und ohne Mikroskop, weiß ich noch aus meiner Laborzeit. Aber welche Rolle und wie funktioniert überhaupt die IR-Spektroskopie, und wofür brauche ich das jetzt bei so einer Materialanalyse? Wie funktioniert das?
Also da kann ich jetzt natürlich noch mal alleine zwei Vorlesungen beim Studium gegendrum. Im Endeffekt haben wir ja nichts anderes als die Bindungen, die von den Atomen, die miteinander halt verknüpft sind, die dort sich bewegen. Valenzschwingungen und ähnliches, sprechen wir davon. Und eben jene haben wir ja auch bei den Polymeren halt sogar noch viel mehr, dadurch natürlich auch stärkere Signale.
Und eben mit diesen Signalen, diesen Banden, die wir dann dort aufnehmen in der Infrarotspektroskopie, die sind es halt, die dann entscheidend sind. Da können wir dann verschiedene Werkstoffe miteinander vergleichen, haben dort riesige Bibliotheken und können dann halt Oberflächentechniken – und sprich da häufig von der ATR-IR-Technik bei der Totalreflektion auf einem Diamantkristall – können wir uns dann zunächst die Oberfläche anschauen, oder wir gehen halt mit einem IR-Mikroskop, wie du schon sagtest, genauer rein, können uns die einzelnen Stippen anschauen, indem wir die besonders auch immer aufbereiten halt. Genau, diese IR-Spektroskopie, also Infrarotspektroskopie, ist quasi der Fingerabdruck vom linken Daumen. Jetzt brauchen wir noch den Fingerabdruck vom rechten Daumen.
Thermoanalyse hattest du vorhin noch genannt, habe ich mir notiert. Was genau ist das DSC? Ja, DSC ist ein sehr interessantes Gebiet. Es gibt verschiedenste Methoden zur Aufnahme.
Das ist vorweg. Wir bei uns arbeiten mit einer vergleichenden DSC, was im Endeffekt bedeutet, wir schmelzen den Werkstoff auf bzw. lösen die Kristallinität des Stoffes auf. Und das Ganze immer im Vergleich zu einem Leertiegel.
Differenzkalorimetrie und Kunststoff-Charakterisierung
Wir füllen unseren Werkstoff, ganze fünf Milligramm davon, also gigantische Mengen, in einen kleinen Aluminium-Tiegel und erhitzen diesen dann anschließend im Vergleich zu einem Leertiegel und sehen dann halt so, wann haben wir thermische Unterschiede bzw. wann benötigen wir mehr Strom, um die gleiche Heizrate zu erhalten bei beiden Tiegeln und können dann so schauen, okay, die Energie, die verwendet wird, kann dann wiederum umgerechnet werden in die Entropie, die es benötigt zur Schmelze bzw. zur Auflösung der Kristallinität des Werkstoffes und können dann daraus halt die Schmelzenthalpie und den Schmelzpunkt des Werkstoffes bestimmen, der uns dann wiederum verschiedenste Ansätze dazu gibt, was haben wir dort überhaupt vor uns liegen. Also wir haben ja für verschiedene Werkstoffe halt auch verschiedene Schmelzpunkte.
Da kann man jetzt so sagen, okay, EVOH hat den einen, PE den anderen, aber auch bei HDPE, LDPE, da gibt es ja alleine schon unterschiedliche Schmelzpunkte. Da kann man dann schon wirklich viel tiefere Aussagen zu treffen. Ich habe vor einiger Zeit wieder gelesen, dass es mindestens 190 verschiedene Polyethylene alleine geben soll. Wahrscheinlich ist die Zahl sogar noch größer, weil wir ja die alle noch mischen.
Aber an so einer DSC und in Kombination mit der Infrarotspektroskopie, könnt ihr dann schon so eine Art sagen, ich habe mit IR den linken Fingerabdruck, mit DSC den rechten Fingerabdruck und zusammen habe ich dann schon ein ziemlich konkretes Bild. Was für ein Polyethylen das beispielsweise ist, kann man so weit gehen? Kommt noch mal so ein bisschen drauf an, was wir gerade für eine Folie vor uns haben. Also wir versuchen natürlich immer, möglichst genau Angaben zu treffen zu einzelnen Schichten.
Natürlich, wenn wir jetzt koextrudierte Schichten haben, wir sprechen jetzt einfach mal von einer 3-koex-Schicht-PE, dann sehen wir natürlich in der DSC erst mal ein sehr breites Signal dazu und können zum genauen Schmelzpunkt dort nicht viel erst mal sagen. Also man sieht zwar immer so kleine schultrigen Gesamtpeak, den Hauptbestandteil natürlich immer als großen Gesamtpeak. Das ist da mal nicht ganz so einfach. Aber zusammen mit dem IR, wo wir dann ja mit dem Mikroskop dann wirklich die einzelnen Stellen anfahren können, ist es denn wirklich auch möglich zu sagen, ok, gewisse Banden im Fingerprint-Bereich sind denn möglich zu analysieren und auszuwerten.
Also da ist wirklich schon verdammt viel möglich. Und zusammen dann wieder mal, wenn man die Polarisations-Mikroskopie dazu nimmt, bei der wir dann ja die Schmelzpunkte abfahren, kann man dann auch wirklich die einzelnen Schmelzpunkte wieder erkennen, der DSC zuordnen, dem IR zuordnen und dann wirklich super Aussagen da zu treffen. Also es steht und fällt auch so ein bisschen mit den Erfahrungswerten, mit der Datenbank, die du vorhin erwähnt hast. Was habe ich für Spektren schon drin?
Wie genau sind die aufgenommen? Und ich erinnere mich an so eine Schublade, eine riesige Schublade von Enno, wo die ganzen Polyethylene drinstehen und die ja alle mal vermessen hat. Ist das immer noch so, dass man das so macht tatsächlich? Also ja, die existieren noch und die werden tatsächlich auch noch ab und zu rausgeholt.
Wir hatten gerade letztes erst wieder den Fall. Da war es tatsächlich nicht ein PE, sondern, ich glaube, eine EVOH-Abmischung, die dann so speziell war, dass wir dann tatsächlich noch mal ein Vergleichsspektrum rausholen mussten. Wir sind natürlich auch bei uns alle Datenbank technisch mittlerweile alle hinterlegt. Soweit das System was zulässt, ist da immer guter Zugriff drauf.
Aber ja, diese Schublade existiert tatsächlich noch und wird auch noch genutzt ab und zu. Also das zeigt, wir sind da doch immer noch nah an der Praxis. Also nicht nur rein theoretisch irgendwelche akademischen Tabellen aus Open-Source-Quellen, sondern tatsächlich richtige Materialtypen aus dem Markt. Aber jetzt interessiert mich natürlich und wahrscheinlich auch unsere Zuhörerinnen, wie sieht das aus mit den Rückschlüssen auf die Praxis?
Praktische Analysebeispiele aus der Praxis
Also ich stelle mir das jetzt sehr theoretisch vor. Ich schneide jetzt einen Mikrotomschnitt, habe vorher vielleicht das Papier abgelöst oder Aluminiumfolie, habe das delaminiert, habe jetzt die verschiedenen Schichten unter dem Mikroskop gehabt, habe eine EAA gemacht, eine DSC gemacht. Aber was hilft mir das in der Praxis? Was kann ich für die Verarbeitung an Materialtypen denn wirklich erkennen?
Gib uns doch mal vielleicht ein Beispiel, wo du dich vielleicht gerade spontan daran erinnerst, was so eine typische Analyse ist und was der Kunde davon gehabt hat. Ja, also wie gesagt, das meiste, was wir machen, ist diese Überprüfung. Also dass wir die wirklich die Spezifikationen, die wir erhalten meistens dann noch dazu wirklich überprüfen und schauen, hat der Lieferant da völligen Mist gebaut. Hat der uns da jetzt eine Folie geliefert, die ist nicht PP/PE und dazwischen vielleicht noch eine EVOH-Schicht oder ähnliches, die da noch mit eingebaut sein soll, sondern auf einmal finden wir PA.
So denkt sich dann so der Kunde auch so, okay, da muss ich jetzt an meinen Lieferanten rangehen. Das geht so nicht weiter. Oder auf einmal sind die Schichten völlig anders, sodass wir eigentlich 120 µm PE finden sollen. Auf einmal sind es aber nur 90.
Andersherum gesehen haben wir auch nicht nur Stoffe, die vor der Verarbeitung vielleicht passiert sind, sondern auch nach der Verarbeitung tiefgezogene Folien verändern ja auch Schichtigen. Unter anderem aber auch diese EVOH-Schicht. Da hatten wir letztens gerade erst den Fall von tiefgezogene Folien, die im Lebensmittelbereich verwendet werden sollten. Da änderte sich beim Tiefziehen jedes Mal die EVOH-Schicht und die Permeationsbarriere, also die Wasserstoffbarriere und die Wasserdampfbarriere und die Sauerstoffbarriere gingen völlig in die Knie.
Und dann haben wir halt nicht nur an einer Stelle diese tiefgezogene Folien, Schnitte genommen, sondern halt auch an den Ecken. Da kann man dann wirklich dann auch mal genauere Aussagen zu treffen, ist dort überhaupt noch EVOH vorhanden oder ist das schon komplett so dünn gezogen, dass wir es gar nicht mehr auffinden können. Solche Sachen sind da dann wirklich interessant. Gibt es für dich so eine Analyse, wo du sagst, Mensch, das war besonders spannend, das war etwas, da habe ich mich so richtig reingekniet und da hatte der Kunde auch einen besonders großen Nutzen.
Vielleicht fällt dir da spontan auch was zu ein. Also einzelne Aufträge, finde ich, sind das gar nicht. Ich finde dann immer so mehrere Spezialfälle tatsächlich. Also wir haben jetzt immer mehr so Papierverbünde, wo es dem Kunden darum geht, herauszufinden, ist da Kunststoff drin.
Weil dieses – habe ich jetzt nur Papier oder noch mit Anteilen von irgendwo versteckten Kunststoffen. Man kennt sie, dieser wunderbare Ausdruck, so 100 % recycelbar und dann diese Unterschrift 100 % Papier. Ist immer so ein bisschen gefährlich. Und wir sind dann, spielen dann einmal Detektiv, schauen uns diese Papierverbünde ganz genau an.
Und dann geht es wirklich darum, feinste Lackschichten, Kleberschichten oder anderes, die da drin sind und Polymere sind und somit ja auch Kunststoff. Wie groß ist der Anteil davon? Und diese Sachen werden halt sehr tief manchmal in den Papierschichten versteckt, in den Zellulose-Schichten. Und das ist wirklich schon sehr, sehr spannend.
Tiefgehende Fehlersuche in Materialien
Also das ist der eine Bereich, wo ich sagen muss, da kann man sich wirklich richtig tief reinknien und auf die Suche machen. Verschiedenste Stellen – wenn man sich, ich sag mal, den handelsüblichen Kaffeebecher vorstellt. Was ist im Boden drin? Was ist in der Wandung drin?
Solche Dinge oder der dazugehörige Löffel. Das ist wirklich schon ein sehr tiefes Gebiet. Alternativ dazu finde ich immer Formteile tatsächlich sehr interessant, weil jede Stelle unterschiedlich ist. Man kann nicht einfach nur sagen, so okay, für den gesamten Körper gilt jetzt Folgendes, sondern wir müssen jetzt schauen, wie nehmen wir einen Mikrotomschnitt, der erst mal besonders geformt ist.
Das heißt, wir müssen darauf schauen, wie machen wir diesen Schnitt überhaupt und dann auch noch das perfekte Bild reinzubekommen, was nicht verfälscht ist, sondern dem Kunden wirklich darstellt, was er eigentlich davor sichert. Das sind ja hochspannende Aufgaben. Interessiert mich oder erinnert mich so ein bisschen an Gerichtsmedizin. Wir sind ja alle Tatort-Fans in Deutschland und das sind ja auch immer die spannenden Fälle, wo dann so über irgendwelche Spurenanalyse nachher dann doch noch der Täter überführt wird.
So eine ähnliche Arbeit machst du auch für Verpackungen, oder? Ja, das, was der Herr Eingangs auch meinte, also dieses wirklich Detektivspielen, dieses Nachforschen, sich da richtig tief reinknien, nachzuschauen, was ist das Problem? Wo genau hakt es jetzt gerade dran? Welches Spurenelement, welche kleinste Kleberfehlstelle, welche Luftlöcher, welche Dünnstellen oder Ähnliches könnten das Problem sein?
Genau das ist es, was ja erst ganz interessant war. Und so diese Zusammenschließung, die wir halt hier bei Innoform haben, halt auch die Möglichkeit. Wir haben ja auch noch das Bedarfsgegenständelabor, in dem wir ja noch die Migration machen und dann mit der GC-MS arbeiten können. Das heißt, wir können uns noch die Gleitmittel genauer anschauen oder kleinste Spurenelemente, die wir mit dem IR zum Beispiel gar nicht erkennen könnten.
Da halt noch mal diese Zusammenarbeit. Das ist halt wirklich viel Forschungsgeist, der dann auch noch dahintersteckt und viele Möglichkeiten. Hast du mich auf eine Idee gebracht? Ich werde mit Heiko auch einen Podcast machen zum Bedarfsgegenständelabor natürlich, wo wir die lebensmittelrechtliche Überprüfung für Verpackungen noch machen.
Wir wollen auch noch mal auf eine zweite Kundengruppe kommen und zwar die Lebensmittelabpacker. Auch die lassen ja Materialanalysen bei Innoform machen, unter anderem auch für Fremdkörper, die sie zum Beispiel im Lebensmittel finden. Was genau müsste man da machen? Muss man da auch so in die Tiefe gehen oder reicht es da vielleicht ein bisschen grober drauf zu gucken oder gibt es da andere Analysen?
Also sprich, kommt ein Lebensmittelabpacker, hat irgendwas in seinem Lebensmittel, in seinen Nudeln gefunden, was aussieht wie Plastik oder wie ein Fremdkörper auf jeden Fall und jetzt kommt ihr dran. Wir haben ja auch schon Knochen gefunden, Tierknochen und so etwas. Was machst du dann? Ist das auch eine Material-Analyse von diesem Fremdkörper?
Erfahrungsgestützte Materialdiagnose durchführen
Im weitesten Sinne schon. Also wir schauen uns das Material auf jeden Fall an, wie ich eingangs schon meinte. Also das erste, was man wirklich macht, wir legen es erst mal unter das Mikroskop. Was haben wir da überhaupt vor uns?
Was sagt uns unsere Erfahrung? Was könnte es sein? Das ist immer so der erste Schritt, gar nicht mal ein Mikroskop zu machen, sondern wirklich einfach nur unter das Stereomikroskop einen kleinen Blick drauf werfen und erst mal eine Idee bekommen, wie es weitergeht. Also das ist auch wirklich erst mal der Mustereingang.
Das kommt hierher, anschauen, mit Know-how draufgehen und dann erst weiterarbeiten. Das erste, was wir dann meistens machen, ist gar nicht wirklich Mikrotom-Schnitt und ins ganz kleine Detail reingehen, sondern bei diesen Partikeln ist es eher so erst mal ein IR. Weil mit einem IR bekommt man schon mal einen wirklich super groben Einblick drauf. Was könnte es sein?
In welche Richtung bewegen wir uns? Haben wir jetzt hier eher einen Kunststoff? Haben wir, wie du schon sagtest, eher was Organisches, Knochenrest oder ähnliches oder gar Glas? Gab es auch schon solche Fälle, in denen wir denn komplett andere Werkstoffe hatten, die gar nicht aus diesem Bereich kommen?
Also erst mal mit dem IR. Wenn wir dann wissen, okay, ist es ein Kunststoff, dann könnte man mit einer DSC das Ganze anschließend eine ergänzende Analyse dazu machen und das Bild verfeinern. Aber meistens ist es so: Nach dem ersten Eindruck von uns, wo wir uns erst mal angeguckt haben und einen IR gemacht haben, ist schon wirklich – ich sag mal – 80 bis 90 Prozent der Arbeit getan und können dem Kunden schon mal eine Info geben. Und wenn er denn wirklich mehr wissen möchte, möchte wissen, wenn es ein Kunststoffteil war und es vielleicht durch Abrieb, Abbruch oder andere Dinge irgendwo hineingelangt ist, dann können wir ihm vielleicht noch sogar genauere Hinweise auf den Werkstoff geben.
Vielleicht auch, damit er weiß, wo es abgebrochen ist oder welche Walze sich da gerade aufgelöst hat oder Ähnliches. Genau, ich erinnere mich auch an einen Fall, da war ich ja sehr stark unterwegs im Kaschieranlagenbereich und da haben wir zum Beispiel Abrieb oder ich sag mal, Reste von Anpresswalzen gefunden nachher in der Folie. Die hatten sich einfach auf der Folie mitgeschleift durch den ganzen Prozess und nachher waren die dann relativ zigfach. Also auch so was kann man tatsächlich finden.
Also der Lebensmittelhersteller kann auch seine Lieferkette überprüfen. Wo kommt dieser Fremdkörper her? Wer hat ihn eingeschleppt? Der Klassiker ist ja so die Abisolierung vom Elektriker, der über der Abhaktanlage irgendwas montiert hat, aber auch schon gehabt.
Oder beim Glasbruch – hast du gesagt, das war gerade so zu Beginn der BRC-Geschichte. Also wo es um Hygienemanagement geht, haben wir öfter solche Analysen gemacht, wo man einen Fremdkörper gesucht hat. Heute findet man die ja kaum noch in den Lebensmitteln. Und wenn, dann sind es ja wirklich irgendwelche Fehler, die passiert sind.
Gesamtüberblick bei Folienentwicklung
Jetzt gucken wir mal, ich selber war Folienentwickler lange Zeit bei Bischof + Klein, hab mich immer fürs Detail interessiert. Wie unterscheidet sich so eine Materialanalyse, wenn so ein Entwickler kommt mit zum Beispiel einem Wettbewerbsmuster? Der hat jetzt eine Fünf-Schicht-Folie vom Wettbewerb und der heißt jetzt aufgefordert, diese Folie des Wettbewerbers zu verbessern. Wie geht der denn vor?
Was muss der denn machen? Ja, also da brauchen wir natürlich erstmal den Gesamtüberblick. Das heißt, wir würden wieder mit der DSC, dem Mikrotomschnitt, dem IR und der Polarisationsmikroskopie arbeiten und hätten dann, ich sag mal, 95 Prozent der Infos auf jeden Fall schon mal. Hätten also den Folienaufbau alles rund um, was auf jeden Fall größer ist als 10 µm, wäre auf jeden Fall schon mal mit detaillierten Angaben dabei.
Dann könnte man praktisch schon die Folie so als solche fast nachbauen. Um dann wirklich noch die letzten 5 Prozent rauszukitzeln. Häufig geht es ja um die dünnsten Schichten, die dabei denn wichtig sind. Was für ein Kaschierkleber verwendet, auf welcher Basis ist das Ganze?
Welche Coex-Schichten sind dort vielleicht noch hauchfein irgendwo angebracht? Oder was für ein BOPP haben wir jetzt hier? Handelt es sich um normales PP, was da vielleicht gar keine siegelfähige Schicht hat? Auch das können wir mittlerweile alles analysieren aufs Feinste.
Da sind es dann meistens aber auch so kleine ergänzende Analysen, die wir dazu machen würden. Also zum Beispiel diese Siegelschicht, das noch mal genau anzuschauen, mit dazugehörigen Siegelversuchen. Also man kann ja ein siegelfähiges PP deutlich unterscheiden von einem nicht siegelfähigen. Mit den Erfahrungswerten nochmal daran zu gehen oder sich aber auch nochmal die Kleberschichten genau anzugucken, dass man den Verbund dann nochmal auftrennt, nochmal ein ATR aufnimmt, wirklich nur von der Kleberschicht ohne jegliches Mischspektrum des Ganzen.
Das sind so die Sachen, die man dann nochmal machen kann, um wirklich zu 99 Prozent zu wissen, was ist in dieser Folie überhaupt drinne. Und so, wie sich das anhört, ist das auch eine ganz andere Preisliga. Wenn man also je weiter mal ins Detail geht, desto aufwendiger wird es vermutlich. Und wir lassen uns ja auch nur die Laborstunden letztlich bezahlen in Oldenburg.
Sprich, so eine Partikelanalyse ist dann wahrscheinlich preiswerter als so eine Komplettmaterialanalyse, oder? Das kommt ganz drauf an. Also wir haben natürlich unsere Pakete, was grundlegende Kosten sind. Aber eine Partikelanalyse kann natürlich schneller einfach abgefertigt werden, wenn man das so sagen möchte, überhaupt über ein IR, wenn der Kunde wirklich nun wissen möchte, was ist das ganz grob?
Wenn der jetzt aber wirklich Detailfragen haben möchte, dann kann so eine Partikelanalyse oder eine Schadensanalyse, die es ja manchmal dann sogar vielleicht ist, kann dann auch tatsächlich mal ein bisschen aufwendiger werden, wenn da wirklich Details gefragt werden, die nicht wirklich alltäglich sind. Aber eine Folie als solches herauszufinden ist natürlich unser alltägliches Brot. Und da haben wir mittlerweile so viel Know-how gesammelt, dass wir auch wirklich sagen können, so in diesen Schritten können wir wirklich euch schon Informationen geben, die essentiell sind und euch ein ganzes Stück weiter bringen. Was wir ja feststellen in der gesamten Flexpack-Industrie, es gibt wieder so einen Move hin zu Papierverbunden.
Papieranalyse und Verbundmaterialien
Du hattest es vorhin schon angesprochen. Wir kommen so langsam auch zum Ende mit dieser Frage. Die Materialanalyse für Papier unterscheidet sich vermutlich deutlich von der von Kunststoffen. Machen wir das auch oder kümmern wir uns nun um die Kunststoffseite?
Also beim Papier machen wir natürlich nicht so tiefgehend wie ein Papiertechnologe sich das Ganze anschauen würde. Wir können natürlich das Papier erst mal hingehend auf das Flächengewicht untersuchen, damit der Kunde überhaupt weiß, was wie dick ist die Schicht, die überhaupt dort aufgetragen ist. Das ist so das eine. Denn schauen wir uns erst mal an, handelt es sich wirklich um Zellulose im allgemeinen Sinne.
Das ist so das, was wir uns anschauen und wurden eventuell Stoffe untergemischt. Also mittlerweile sind wir da schon so weit, dass wir gucken können, haben wir dort wirklich rein Zellulose vorliegen oder handelt es sich dort wieder um irgendwelche Mischstoffe, wo dann kleinste Mengen an Polymeren unter die Zellulose untergegeben wurden, um diese halt zu verfeinern. Da sind wir mittlerweile auch schon so weit und können da dann auch schon Angaben zu treffen. Ist natürlich immer so ein bisschen unter Hinblick, welche Stelle erwische ich gerade von einem Verbund beziehungsweise Papier ist ja häufig, kriegen wir nicht einfach nur ein DIN-A4-Blatt hingelegt, sondern wie ich es vorhin schon sagte, den Kaffeebecher.
Man kann da dann natürlich nur Aussagen treffen, wenn ich an einer Stelle schneide, dann kann ich eine Aussage dazu treffen, wie sieht es an dieser Stelle aus? Habe ich jetzt gerade hier irgendeine Menge an Polymerstoff in meiner Zellulose drinnen? Oder wie unterscheidet sich jetzt der Anteil an Polymer über den ganzen Becher? Was wir viel sehen, sind ja auch Verbundmaterialien mit Papier.
Ein Kritiker hat mir neulich erzählt, ja, jetzt beschichten wir Kunststoff mit Papier und schreiben nachhaltig drauf. Ganz so ist es nicht. Aber wir konnten natürlich dann auch feststellen, ob eine Kunststoffschicht drauf ist, hast du festgestellt. Was sind das so für Schichten?
Ich habe mal noch PVDC zum Beispiel im Kopf. Ist gerade so ein Skandal gewesen mit Greenwashing. Hat einer gesagt, ich habe jetzt meinen Schokoriegel in Papier verpackt und hatte da innen eine PVDC-Barrierereschicht drauf gemacht. Und das war natürlich eine Verschlimmbesserung, weil vorher war das in einer Mono-Polypropylen-biaxial-orientierten Folien verpackt.
Sind das auch solche Fragestellungen, die bei euch aufschlagen oder erzähl doch noch mal, was so im Moment so bei dir am Tisch liegt. Ja, also die meisten Sachen bei solchen Papierverbunden sind natürlich dann mit super dünnen Strichen, Lacken oder Dispersionsschichten, die dann da aufgetragen werden, um wirklich auch unter dieser magischen 5-Prozent-Grenze, sagt man ja meistens, noch zu bleiben oder halt sagen zu können, es ist 100-Prozent-Papier, was natürlich immer so ein bisschen Greenwashing ja wieder ist. Aber es sind dann wirklich dünnste Schichten. Also wir reden hier wirklich von zwei bis drei Μm, meistens nur die da als Lack ganz hauchfein aufgetragen sind.
Das ist wirklich dann auch ein spannendes Feld. Also wir trennen die dann wirklich auch ab. Also wir haben da mittlerweile Möglichkeiten, diese zwei, drei Müsig komplett abzutrennen und auch zu sagen, wie viel ist das? Also wirkliches Flächengewicht annehmen zu können für den Kunststoff.
Kunststoffanteil in Verbundfolien bestimmen
Das ist hier im Hause. Da hatten hier viel Spaß dran. Das ist viel Aufwand. Gerade dieses Feld ist es dann natürlich, wo dann auch mal vielleicht eine Analyse, eine Materialkarakterisierung auch ein klein wenig teurer wird.
Aber dem Kunden wirklich sagen zu können, du hast jetzt hier zwei Prozent, drei Prozent, 3,5 Prozent Kunststoffanteil in deinem Papierverbund. Das ist halt das, was das Ganze dann ausmacht und analysieren zu können. Hochspannend, weil gerade Greenwashing ist das, was wir alle nicht wollen, weder die Papierhersteller noch die Folienhersteller, sondern wir möchten eigentlich mit offenen Karten spielen. Wir können dazu beitragen, fasse ich mal ganz kurz zusammen mit Materialanalysen auf verschiedenen Niveaus.
Daniel, wir sind am Ende der Zeit. Ich sage Dankeschön für dieses wirklich offene Gespräch von dir und bis zum nächsten Mal. Ich danke dir. Hat sehr viel Spaß gemacht.
Ich hoffe, es war wieder etwas für Sie dabei. Mein Name ist Karsten Schröder und wenn auch Sie einmal Teil unserer Initiative Flexpack Wissen für Entscheider werden wollen und einen Beitrag zum Innoform Podcast, zum Inno-Talk leisten möchten, wenn Sie sich an ks@innoform.eu wenden, teilen Sie unsere Begeisterung für Flexpack.
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