Laser verschließt Papierverpackungen ohne Klebstoff

Inhalt des Artikels:

Seite 1: Papierverpackungen ohne Klebstoff sicher versiegeln
Seite 2: Papier bildet seinen eigenen Klebstoff per Laserstrahl
Seite 3: Erste Pilotanlage versiegelt typische Papierbeutel

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Fraunhofer-Institut für angewandte Polymerforschung

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Fraunhofer-Institut für Werkstoff und Strahltechnik IWS

Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV

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Papier bildet seinen eigenen Klebstoff per Laserstrahl

Im nächsten Schritt bestrahlt man am IWS die Oberfläche des Papiers per Kohlenstoffmonoxid-Laser (CO-Laser), wobei das Papier schlagartig erwärmt und die Papierhauptbestandteile Lignin, Hemicellulose und Cellulose kontrolliert in kurzkettige Verbindungen umgewandelt werden, so die Erklärung. Erst dieser neuartige Prozessschritt ermögliche das klebstofffreie Fügen des Papiers. Nach der Bestrahlung verbleiben aufschmelzbare Spaltprodukte auf der Papieroberfläche, die sich anschließend über Druck und Wärme im Heißsiegelverfahren stoffrein fügen lassen. Durch die Bestrahlung des Papiers mit einem CO-Laser erzeugt man, so die Forscher, wieder aufschmelzbare, zuckerartige Reaktionsprodukte, die anstelle der sonst benötigten Kunst- oder Klebstoffe das Heißsiegeln erlauben. Mit dem Heißsiegelprozess, der ein etabliertes Wärmekontaktverfahren ist, war es nach der Laservorbehandlung gelungen, zwei Papierlagen durch Hitze und Druck zu verpressen und stoffschlüssig miteinander zu verbinden, betonen die Forscher.

Das macht eine gute Siegelnaht an Papier aus

Das erforderliche Fügesystem entwickeln die Projektpartner am Fraunhofer IVV. Dafür beziehen die Experten den Einfluss der Materialeigenschaften, der Laserparameter sowie der Eigenschaften der aufschmelzbaren Reaktionsprodukte auf die Haftfestigkeit mit ein, die bereits von den Teams am Fraunhofer IAP und am Fraunhofer IWS erarbeitet wurden. Sie testen auch, inwieweit sich Nahtfestigkeit und Dichtheit durch geeignete Fügeparameter und Werkzeuggeometrien verbessern lassen. Die Ergebnisse werden dann auf ein Verpackungssystem mit dem Ziel übertragen, marktgerechte Fügenahteigenschaften zu erzielen. Die Nahtfestigkeit bestimmt nicht zuletzt, wie schwierig es ist, eine Verpackung einfach aufzureißen oder wie vorgesehen zu öffnen. Durch Messungen der mechanischen Festigkeit in unterschiedlichen Belastungsarten (Schertest, T-Peel-Test) kann man aber den Einfluss von Laser- und Fügeparametern auf die Haftfestigkeit der Nähte untersuchen. Entscheidende Fügeparameter sind die Siegeldauer, die Siegeltemperatur, der Siegeldruck und die Werkzeuggeometrie. Auch die Papierfaserrichtung spiele eine Rolle – also die Position des Materials zum Siegelwerkzeug. Grundsätzlich sollte die Nahtfestigkeit höher sein als die Spaltfestigkeit der Papierlagen. Bei den Schertests erziele man bereits gute Fügeverbindungen. Mit einer nur zwei Zentimeter langen und drei Millimeter breiten Verbindung könne man problemlos 20 Kilogramm anheben.

Bildergalerie

So muss man sich den Prozess vorstellen, der dazu führt, dass Papierverpackungen in Zukunft ohne Fremdwerkstoffe wie Kleber oder Polymere versiegelt werden können.(Bild: Fraunhofer IVV)

Das ist die Demonstrationsanlage für die klebstofffreie Versiegelung von 4-Rand-Beuteln aus Papier. Sie arbeitet per Rolle-zu-Rolle-Verfahren sehr produktiv.(Bild: Fraunhofer IVV)

Hier sieht man, wie eine zuvor per Laser aktivierte Papierbahn durch das sogenannte Wärmekontakt-Siegelverfahren verschlossen wird. Zuckerartige Spaltprodukte, die zuvor mittels Laserbestrahlung erzeugt wurden, machen das ohne Klebstoffe möglich.(Bild: Fraunhofer IVV)

Der Blick auf die Papierhaspel nachdem die Papierbahn das Siegelmodul passiert hat. Hier sieht man auch deutlich die einzelnen Abschnitte der 4-Rand-Beutel, welche die Demo-Anlage fertigt.(Bild: Fraunhofer IVV)

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Stand: 08.12.2025

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