Überblick
Sappi ist ein weltweiter Anbieter von Produkten auf Faserbasis, einschließlich flexibler Papierverpackungen mit integrierten Heißsiegeleigenschaften und Barrieren gegen Sauerstoff, Wasserdampf, Fett, Aromen und Mineralöl.
Sappi erkannte die Attraktivität der Lasercodierung für globale Lebensmittelmarken, die hochwertige Codes auf Barrierepapierverpackungen benötigen, und entschloss sich für die Zusammenarbeit mit Domino Printing Sciences (Domino), um die ideale Kennzeichnungs-lösung für ihre Anforderungen zu finden.
Die Lasercodierer der Domino D-Serie wurden zur Codierung einer Reihe von sechs verschiedenen Sappi-Produkten eingesetzt und erzielten in allen Fällen eine saubere, scharfe Codierung, ohne die Barriereeigenschaften zu beeinträchtigen.
Kurzinfos
- Sappi ist Marktführer im Bereich von Barrierepapieren für flexible Verpackungen.
- Das Unternehmen begann 2013 mit der Entwicklung innovativer Verpackungs-lösungen und hat seitdem mehr als 100 Projekte für Anwendungen wie Tee, Schokolade, Getreide und Tabak abgeschlossen.
- Die Barrierepapiere von Sappi sind vollständig recycelbar und so konzipiert, dass sie die kommenden Vorschriften für wiederverwertbare Verpackungen erfüllen, einschließlich der EU-Verpflichtung bis 2030 alle Verpackungen recycelbar oder wiederverwendbar zu machen.
- Die Papierprodukte von Sappi werden aus Zellstoff hergestellt, der aus verantwortungsvoll bewirtschafteten FSC- und PEFC-zertifizierten Plantagen im Umkreis von 100 Kilometern um die Produktionsstätten stammt.
Hintergrund des Projekts
Bei der Entwicklung des neuen Sortiments an Barrierepapieren suchte Sappi die Zusammenarbeit mit Domino, um die Eignung der Lasercodierung für die fertigen Verpackungsmaterialien zu ermitteln.
"Wir freuen uns sehr, dass wir den Kunden von Sappi eine effektive Lasercodierlösung für Lebensmittelverpackungen anbieten können, die ihre recycelbaren Produktverpackungen zu einer wirklich nachhaltigen Alternative zu Kunststoffverbundmaterialien macht", sagt Dr. Stefan Stadler, Teamleiter der Domino Laser Academy.
"Der Markt für nachhaltige Produktverpackungen wächst, und die Nachfrage nach Alternativen zu schwer zu recycelnden, flexiblen Kunststoffen - wie z. B. den Barrierepapieren von Sappi - wird weiter steigen. Wir freuen uns, mit Sappi zusammenzuarbeiten, um diese neuen Materialien zu erforschen und die richtige Kennzeichnungslösung für die individuellen Anforderungen ihrer Kunden zu finden", so Dr. Stefan Stadler weiter.
Codierungsanforderungen für Barrierepapiere
Sappi hat eine Reihe von Barrierepapieren entwickelt, die herkömmliche, nicht recycelbare Mehrstoff-Kunststoffverbunde ersetzen sollen. Die Produktpalette umfasst wasserbasierte Barrierebeschichtungen zum Schutz vor Feuchtigkeit, Sauerstoff, Aromen, Fetten und Mineralöl.
Typische Anwendungen sind:
- Blockbodenbeutel für getrocknete Zutaten wie Zucker und Nudeln
- Schlauchbeutelverpackungen für Snacks, Schokolade und Süßwaren
- Beutel und Deckel für frische und verarbeitete Lebensmittel
Die genauen Codieranforderungen hängen von der jeweiligen Kundenanwendung ab; jedoch erfordern alle Lebensmittelverpackungen in der Regel den Aufdruck von obligatorischen Mindesthaltbarkeits- und Verfallsdaten sowie von Standardchargen- und Produktcodes. Darüber hinaus suchen viele Lebensmittel- und Getränkehersteller jetzt nach anspruchsvolleren Kennzeichnungslösungen, einschließlich der Aufbringung von 2D-Codes, um den Datenaustausch und die Rückverfolgbarkeit von der Produktion bis zum Verbraucher zu erleichtern.
"Wir stellen fest, dass immer mehr Marken ihre fertigen Verpackungen mit 2D-Codes versehen wollen. Häufig, um die Rückverfolgbarkeit von Produkten zu erleichtern, aber auch als Reaktion auf die Nachfrage der Verbraucher nach mehr Informationen über die Herkunft der verpackten Produkte", erklärt Mike Zywietz, Product Application Engineer bei Sappi.
"Es ist nicht möglich, diese Art von Informationen als Teil des ursprünglichen Verpackungsdesigns hinzuzufügen, da die Rückverfolgbarkeitscodes neue Informationen für jede Charge oder jedes einzelne Produkt erfordern. Mithilfe eines Lasers können unsere Kunden einen 2D-Code direkt am Ende des Produktionsprozesses hinzufügen, ohne dass Änderungen am Druckbild oder am Design der Produktverpackung erforderlich sind. Ein neuer Code kann - neben den obligatorischen Codeanforderungen - in Millisekunden ohne zusätzliche Kosten hinzugefügt werden", erläutert Zywietz weiter.
Die Entwicklung der Lösung
CO2-Laser sind die am besten geeignete Laseranwendung für Papierverpackungen, sodass der erste Schritt darin bestand, den effektivsten CO2-Lasertyp zu bestimmen. Um die ideale Laserwellenlänge zu ermitteln, führten die Spezialisten von Domino eine FT-IR-Spektroskopie-Analyse an sechs verschiedenen Barrierepapieren von Sappi durch, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu messen.
"Die spektroskopische Analyse dient dazu, herauszufinden, welche Laserwellenlänge die beste Wechselwirkung mit dem Substratmaterial hat. Durch diese erste Analyse haben wir unseren blauen CO2-Röhrenlaser der D-Serie als mögliche Lösung für die Barrierepapiere von Sappi identifiziert", sagt Dr. Stefan Stadler, Teamleiter der Domino Laser Academy.
Die obige Grafik zeigt die Reaktion des Substrats auf die CO2-Laser mit blaue, schwarzer und roter Röhre von Domino, wobei der blaue Röhrenlaser eine etwas günstigere Absorptionsrate aufweist. Weitere Eignungstests ergaben, dass der D320i CO2-Laser mit blauer Röhre die optimale Lösung ist.
Bei den Tests zur Codequalität erzeugte der D320i gestochen scharfe, klare Codes auf den Barrierepapieren, und zwar sowohl für einfache Codes wie Mindesthaltbarkeitsdaten und Chargencodes, aber auch für komplexere Designs, einschließlich Grafiken und scanbare 2D-Codes.
Wie hat Domino sichergestellt, dass der Laser die Integrität des Papiers nicht beeinträchtigt?
Die Laserspezialisten von Domino erstellten nach der Codierung mikroskopische 3D-Bilder von Sappis Barrierepapieren, um zu untersuchen, wie der Code gebildet wurde.
"Mit der 3D-Bildgebung können wir die Tiefe der Lasergravur überprüfen, um sicherzustellen, dass das Substrat nicht perforiert oder beeinträchtigt wird. Diese Proben zeigen, dass der CO2-Laser die oberste Schicht des Drucks entfernt hat, um einen unauslöschlichen Code zu erzeugen, ohne zu tief in die Oberfläche des Materials zu gravieren. Unsere Analyse ergab, dass die Gesamttiefe der Lasergravur mit ~ 6 µm minimal war. Unserer Erfahrung nach ist es unwahrscheinlich, dass eine so geringe Gravur einen Einfluss auf die Barriereeigenschaften eines Substrats hat“, erläutert Dr. Stefan Stadler.
Die codierten Materialien wurden dann für zusätzliche Barrieretests durch Alexander Schröder, Product Application Engineer im F&E-Zentrum von Sappi, zurückgeschickt, um festzustellen, ob die Lasercodierung die Barriereeigenschaften der Papiere beeinflusst.
Um die Sauerstoff- und Wasserdampfbarriere zu prüfen, setzte Sappi Permeabilitätsanalysatoren ein, um die Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) und die Sauerstoffdurchlässigkeit (OTR) der gewünschten Produkte zu messen. Die Funktionspapiere wurden zwischen zwei Kammern gelegt, wobei sich in einer Kammer Stickstoffgas und in der anderen Luft oder Wasserdampf befand. Mit Infrarotsensoren wurde die Menge an Sauerstoff- oder Wasserpartikeln in der Stickstoffkammer über die Zeit gemessen, um die Transmissionsrate zu berechnen. Ein ähnliches Verfahren wurde zur Überprüfung der Hexandampfdurchlässigkeit (HVTR) eingesetzt, um die Barriereeigenschaften für Fette und Mineralöle zu untersuchen.
Sappi konnte feststellen, ob sich die Lasercodierung auf die Barriereeigenschaften des Substrats auswirkte; die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle dargestellt. Die Tests der Transmissionsrate bestätigten, dass der CO2-Laser der D-Serie von Domino die Barriereeigenschaften der Papiere nicht wesentlich beeinflusste.
Die in den Diagrammen angezeigten Ergebnisse sind normalisierte Werte mit einer Abweichung von 10 %, was als normaler Bereich angesehen wird. Bei sehr niedrigen OTR-Messungen (<3 cc(m².d) [Kubikzentimeter pro Quadratmeter pro Tag]) beträgt die 10 %ige Abweichung beispielsweise nur 0,3cc(m².d), was innerhalb eines normalen Messbereichs liegt.
"Wir waren sehr beeindruckt von den Ergebnissen der Barrieretests. Zusammen mit der Qualität und Klarheit der Codes, macht dies die D-Serie CO2-Laser zu einer guten Wahl für die Kunden von Sappi", sagt Zywietz.
Der Domino-Unterschied
Nach der erfolgreichen Prüfung der Barrierepapiere von Sappi, wurden mehrere Mitarbeiter*innen von Sappi eingeladen, die Domino Laser Academy in Hamburg zu besuchen und die Musterprüfung mit den Augen des Kunden zu sehen.
"Dies war eine sehr positive Erfahrung für uns, da wir aus erster Hand erfahren konnten, wie der Kennzeichnungsprozess für unsere Barrierepapiere abläuft. Zudem bekamen wir eine Demonstration aller Test- und Messgeräte, die bei der routinemäßigen Musterprüfung verwendet werden - die Labore sind wirklich sehr gut ausgestattet", sagt Zywietz.
"Der Besuch hat gezeigt, dass es von Vorteil ist, Endverbraucher einzuladen, um den Prozess der Musterprüfung zu erleben und so die richtige Lösung zu finden. Wir würden jedem unserer Kunden, der auf der Suche nach einer Kennzeichnungslösung für Lebensmittelverpackungen ist, einen Besuch der Domino Laser Academy empfehlen", so Zywietz abschließend.
Ein Blick in die Zukunft
Der Markt für nachhaltige Produktverpackungen wächst, und die Entwicklung von Alternativen zu schwer zu recycelnden, flexiblen Kunststoffen, wie z. B. die Barrierepapiere von Sappi, wird wahrscheinlich noch einige Jahre andauern.
"Der Markt für flexible Verpackungen ist riesig, aber derzeit sind viele Lösungen nicht oder nur sehr schwer zu recyceln, und es muss noch viel getan werden, um nachhaltige Alternativen anzubieten", sagt Ingo Kaiser, Marketing Communications Specialist bei Sappi.
"Wir bei Sappi investieren in eine neue Beschichtungsanlage in unserer Produktionsstätte in Alfeld, die uns mehr Flexibilität, Platz und Kapazität für die Entwicklung neuer, nachhaltiger Alternativen zu den derzeitigen flexiblen Verpackungen bietet", erklärt Kaiser weiter.
"Wir werden auch weiterhin mit anderen Lieferanten zusammenarbeiten, um den Herstellern den Umstieg auf Barrierepapiere so einfach wie nur möglich zu machen. Die jüngste Zusammenarbeit mit Domino ist sehr positiv verlaufen, und wir hoffen, dass wir in Zukunft noch viele weitere erfolgreiche Projekte haben werden", so Ingo Kaiser abschließend.
Das Projekt mit Sappi ist ein weiteres hervorragendes Beispiel dafür, wie Domino die Hersteller auf ihrem Weg zur Nachhaltigkeit unterstützt. Als Anbieter industrieller Codier-, Markier- und Etikettiersysteme, ist Domino immer auf der Suche nach Lösungen für neue, nachhaltige Verpackungsmaterialien und arbeitet dabei mit innovativen Verpackungsanbietern zusammen.