Welt der Verpackung

Die Verpackung ist eine Erfolgsgeschichte.

Hightech für jeden Tag

Moderne Verpackungen

Wenige Dinge hat der Mensch über so lange Zeit so konsequent verbessert und weiter entwickelt, wie seine Verpackungen. Und die Entwicklung ist längst nicht zu Ende. Verpacken ist Hightech geworden.

Mit neuen Technologien und Materialien übernehmen moderne Verpackungen immer neue Aufgaben. Zum Beispiel im Kampf gegen Produktpiraten. Für längere Haltbarkeit von Lebensmitteln.

Für die optimale Versorgung mit Medikamenten. Für Logistik und Industrie 4.0. Für bessere Verbraucherinformation und Marketing. Und für die Versorgung einer Gesellschaft im Wandel.

Von der Steinzeit bis heute

In der Steinzeit drehten die Menschen erste Tüten aus Blättern, um ihre Nahrung sammeln und transportieren zu können. Im Mittelalter machten die Kaufleute der Hanse das Fass zur universellen Verpackung für alle Arten von Waren und revolutionierten damit den Handel und das Transportwesen. Für Napoleon war die Erfindung der Konservendose Chefsache. Sie sicherte ihm die einfache Versorgung seiner Truppen mit unverdorbener Nahrung. 1912 wurde die erste Verpackungsmaschine für Butter patentiert. Sie brachte bessere Hygiene und eine gerechtere Verteilung der Portionen. 1923 startete die Massenproduktion von Cellophan. 1981 kam der erste Verpackungsroboter auf den Markt. 1993 die erste Nachfüllpackungen aus Papier und Polyethylen (PE). Verpacken ist Hightech geworden. Und die Entwicklung geht weiter.

Smart? Packaging!

Zusammengefasst werden viele der Innovationen unter dem Begriff des „Smart Packaging“. Gemeint sind damit sogenannte aktive bzw. intelligente Verpackungen.

Aktive Verpackungen wirken gezielt auf den Inhalt ein, indem sie beispielsweise Sauerstoff oder Gase absorbieren bzw. abgeben und die Feuchtigkeit regulieren. Ziel sind unter anderem die Optimierung von Produktqualität und Haltbarkeit.

Intelligente Verpackungen überwachen den Zustand des Inhalts, kommunizieren mit Anwendern und Verbrauchern und bieten über Elemente wie gedruckte Elektronik und RFID-Funketiketten eine ganze Reihe von neuen Möglichkeiten.

Beispiel Medizin

Nur 50% der medizinischen Therapien werden von den Patienten durchgehalten. Die andere Hälfte bricht die Behandlung ab, vergisst die Einnahme von Medikamenten, nimmt zu viel oder zu wenig oder beides zum falschen Zeitpunkt. Gleichzeitig werden wir immer älter und immer mehr Menschen müssen irgendwann in ihrem Leben regelmäßig Medikamente nehmen.

Intelligente Verpackungen können zeitgesteuert den Zugang zum Medikament sichern und gleichzeitig richtig dosieren. Zusätzlich können Leuchtdioden, OLED-Displays oder kleine Lautsprecher integriert werden, um Patienten zu erinnern und anzuleiten oder um Ärzte und Apotheker zu informieren.

Möglich ist das über gedruckte Elektronik. Bei „Printed Electronics“ werden elektronische Bauteile auf Etiketten oder direkt auf die Verpackung gedruckt. Zum Einsatz kommen dabei keine Druckfarben, sondern elektronische Funktionsmaterialien, die oft organischer Natur sind.

Für empfindliche Güter wie zum Beispiel Blutkonserven wurde beispielsweise ein System entwickelt, das die Temperatur in einstellbaren Zeitintervallen misst, aufzeichnet und abrufbar macht. So kann der Arzt vor der Verwendung der Blutkonserve kontrollieren, ob sie auch die benötigte Qualität hat. Über gedruckte Elektronik lassen sich zusätzlich LED integrieren, die sichtbar Alarm schlagen, wenn etwas nicht stimmt.

Beispiel Lebensmittel

Frische und Qualität sind entscheidende Kriterien für Lebensmittel. Meistens müssen wir uns dabei auf das Mindesthaltbarkeitsdatum (MHD) verlassen. Weil das häufig mit dem Verfallsdatum verwechselt wird, landen viele Lebensmittel unnötig in der Mülltonne. Auf der anderen Seite garantiert das MHD nicht zwingend Frische und Qualität. Denn das aufgedruckte Datum verändert sich nicht, auch wenn die Verpackung beschädigt ist oder der Strom im Kühlcontainer während des Transports ausgefallen ist.

Eine Lösung bieten sogenannte TTI. Die „Time-Temperatur-Indicators“ (TTI) können beispielsweise die Temperatur in einer Verpackung über bestimmte Zeiträume messen und aufzeichnen. Die Werte können dann zum Beispiel mit einem Smartphone abgerufen werden. Möglich ist auch, dass die Werte über gedruckte Displays oder Leuchtdioden direkt angezeigt werden. Einen direkten Weg bieten auch photochrome Pigmente in der Druckfarbe der Verpackung. Farbveränderungen eines Indikators auf oder in der Verpackung signalisieren dann deutlich, wie frisch das verpackte Lebensmittel ist oder ob der Hustensaft noch verwendet werden kann.

Andere Frischeindikatoren reagieren über chemische Prozesse auf Stoffwechselprodukte, die beim Verderb von Lebensmitteln entstehen. Auch sie können über eine Farbveränderung Alarm schlagen.

Beispiel Produktpiraten

Produktfälscher und Markenpiraten verursachten 2010 einen Schaden von 10 Milliarden Euro und vernichteten dadurch auch 185.000 Arbeitsplätzen in der EU. Im Jahr 2014 zog alleine der deutsche Zoll Marken- und Produktfälschungen im Gesamtwert von 138 Millionen Euro aus dem Verkehr.

Besonders schlimm: Die Anzahl gefälschter Produkte des täglichen Lebens steigt rapide an. Über 10% der Fälschungen sind bereits heute Medikamente und Arzneimittel. Aber auch Beauty, Automobil, Lebensmittel oder Pflanzenschutzmittel sind in steigendem Maß betroffen – mit erheblichen Risiken nicht zuletzt für die Sicherheit und Gesundheit der Menschen.

Hightech-Verpackungen können einen wirksame Waffe im Kampf gegen die Produktpiraten sein. Über Hologramme, synthetische DNA, Lasercodes, Druckfarben für „Geheimschrift“ oder RFID-Chips schützt die Verpackung das Produkt mit einem fälschungssicheren Siegel. Diese Siegel garantieren für die Echtheit des Produkts und dafür, dass die Verpackung nicht bereits geöffnet und der Inhalt evtl. ausgetauscht wurde.

Zu den Hightech-Innovationen der Verpackung gehören auch selbstklebende, fälschungssichere Polymer-Etiketten. Diese können, einmal aufgebracht, nicht ohne Beschädigung abgelöst werden. In und auf dem Etikett lassen sich darüber hinaus Daten speichern, die abgestuft mit dem bloßen Auge, mit der Lupe oder nur maschinell erkennbar sind.

Beispiel RFID

Quelle: Wikipedia

RFID-Chips sind kleine Funk-Etiketten, die über Printed Electronics auf die Verpackung gedruckt werden können. Sie funktionieren ohne eigene Stromversorgung und ermöglichen die berührungslose Identifikation, Steuerung und Verfolgung von Waren.

Über RFID kann eine Verpackung beispielweise elektronisch gesichert werden. Ihr Weg von der Produktion über den Transport und den Handel bis hin zum Verbraucher wird so kontrollierbar.

Deshalb steht der Einsatz von RFID auch im Mittelpunkt, wenn es um intelligente Verpackungen im Bereich Logistik, Warenwirtschaft und Industrie 4.0 geht. Über RFID kann jede Verpackung individuell erfasst, geleitet und der Inhalt bei Bedarf zurückgerufen werden.

Vorteile bieten sich damit auch für Verbraucher, die über ihr Smartphone genau kontrollieren können, woher die Rohstoffe der Ware stammen und wo sie wann verarbeitet wurden. Ein großer Schritt in Richtung Rückverfolgbarkeit und Transparenz.

Beispiel Absorber

Eine Lösung aus dem Bereich aktiver Verpackungen ist der Einsatz von Absorbern, die unerwünschte Gase auffangen und so neutralisieren. Die „Scavanger“ genannten Absorber können mit innovativer Technologie inzwischen auch direkt in die Polymermatrix des Verpackungsmaterials integriert werden.

Sauerstoffabsorber wie z.B. Eisen sorgen dafür, dass sauerstoffempfindliche Getränke wie Bier oder Fruchtsäfte länger in bester Qualität genießbar bleiben.

Zum Einsatzbereich der Absorber gehören insbesondere leicht verderbliche Frischeprodukte, wie zum Beispiel Fleisch oder Käse aber auch Obst.

So sondern zum Beispiel Äpfel beim Reifen das Gas Ethylen ab. Dieses Reifegas wird von Absorber-Folien in der Verpackung aufgenommen. Der Apfel lässt sich dadurch länger lagern, ohne überreif zu werden und zu faulen. Und: Ein fauler Apfel in der Steige steckt nicht mehr alle anderen an.

Beispiel Maschinen

Verpackungsmaschinen sind Ingenieurskunst vom Feinsten: Intelligent, hoch automatisiert, mit modernster sensor- und mikroprozessorgesteuerter Antriebstechnik. Moderne Verpackungsmaschinen füllen in einer Stunde 80.000 Mineralwasserflaschen ab, wickeln pro Minute 2.300 Bonbons ein oder verpacken krümelfrei 35.000 Kekse.

Hightech ist auch der Bereich aseptisch verpackter Lebensmittel. Bei aseptischen Anlagen werden Lebensmittel und Verpackung getrennt voneinander sterilisiert, um danach in einem geschlossenen, sterilen System abgefüllt und versiegelt zu werden. Das Lebensmittel muss also nicht mehr in der Verpackung mit hohen Temperaturen erhitzt werden. Ein weiterer Vorteil: Aseptisch verpackte Lebensmittel benötigen keine Kühlkette.

Durch moderne Maschinen können die Verpackungen immer dünner und leichter werden. Sie sparen bis zu 70% Material und Energie und steigern gleichzeitig ihre Leistungsfähigkeit.

Beispiel Material

Besonderen Ansprüchen muss auch das Verpackungsmaterial genügen. Gerade dort, wo die Verpackung beispielsweise Medikamente enthält, die direkt in die Blutbahn des Patienten injiziert werden. Eine besondere Herausforderung: Die Verpackungsmaterialien müssen sich auf immer neue Medikamente und Wirkstoffe mit hochsensiblen Proteinen einstellen.

In Richtung Nachhaltigkeit zielen Forschungen, aus den organischen Reststoffen der Landwirtschaft kompostierbare Beschichtungen für Faltschachteln oder Wellpappe zu entwickeln. Zum Einsatz kommen dabei Rohstoffe, die nicht in Konkurrenz zu Nahrung für Menschen oder Tierfutter stehen. Bisher wurden sie ungenutzt entsorgt.

Hightech von morgen könnte recyceltes CO2 werden. Als Rohstoff für Kohlendioxid-basierte Polymere wie PPC, PEC oder Polyurethane könnte es nicht zuletzt im Bereich Verpackung Anwendung finden.

Wie das Material selbst zum Fälschungsschutz wird, zeigt innovative Technologie Signoptic. Das Verfahren basiert auf den natürlich vorkommenden Zufallsstrukturen des Verpackungsmaterials. Die jeweils einzigartige Faserstruktur eines Verpackungskartons wird mit einem optischen Scan erfasst und zu einer unverwechselbaren Signatur verarbeitet. Um die Echtheit des Produkts zu bestätigen, wird der Scan einfach wiederholt und beide Ergebnisse miteinander verglichen.

Beispiel Marketing

Speziell die gedruckte Elektronik bietet sich für Marketingzwecke an, da sich damit moderne Informations- oder Unterhaltungselemente integrieren lassen.

Schon 2008 gewann der Prototyp für eine leuchtende Faltschachtel den Deutschen Verpackungspreis. 2012 kam die Verkaufsverpackung dann in den Handel. Sie reagiert auf das Anheben mit ausgeklügelten Leuchtmustern. Aufmerksamkeit garantiert.

Für eine einzelne Verpackung sind die Kosten für solche Effekte meist noch zu hoch. Lohnender ist der Einsatz in Verkaufs-Ständern, auf denen viele Produkte zugleich präsentiert werden, z.B. bei Schokolade.

Spannend ist auch die Entwicklung im Bereich intelligenter Verpackungen mit OLED-Displays, die beinahe schon so dünn sind wie Folien. Technisch lassen sich OLED-Elemente inzwischen auf Glas, Metall, Karton und Kunststoff drucken.

Plus für Konsumenten

Frischindikator, Rückverfolgbarkeit, Produktinformation und Originalitätsgarantie sind nicht die einzigen Vorteile, die Hightech-Verpackungen Anwendern und Verbrauchern bieten.

Bei Bechern und Dosen sorgen innovative Beschichtungen dafür, dass immer weniger von dem verpackten Produkt in der Verpackung hängen bleibt.

Über modernste Hochleistungsklebstoffe lassen sich Verpackungen leicht öffnen und sicher wieder verschließen.

Mehrlagige, selbstentlüftende Folien ermöglichen die Zubereitung des Essens in der Verpackung, beispielsweise bei Speisen, die in der Mikrowelle zubereitet werden. Die Hightech-Folien sorgen dafür, dass der bei der Erwärmung entstehende Innendruck kontrolliert entweichen kann.

Umgekehrt funktioniert eine Verpackung, die sich selber öffnet, wenn das Essen fertig ist. Die Verpackung besteht aus einem mechanisch-aktiven, zellulosebasierten Material, das sich ausdehnt, wenn heißes Wasser eingefüllt wird.

Noch Zukunftsmusik: Die RFID-Kasse. Hier müssen wir nach dem Einkauf die Ware nicht mehr einzeln auf das Band legen. Es reicht, den Wagen neben die Kasse zu fahren. Die Waren werden über ihre RFID-Chips mit Funk erfasst und abgerechnet.

Markt und Möglichkeiten

Smart Packaging kann helfen, Verluste und Verschwendung von Lebensmitteln einzuschränken, weil sie uns hilft, genau zu erkennen, was genießbar und was bereits abgelaufen ist. Dabei muss sie jedoch gegen unsere Gewohnheiten und Reflexen bestehen. Stehen wir nämlich im Supermarkt vor einer Kühltheke, werden wir automatisch zu dem Produkt greifen, bei dem der Frische-Indikator 100% anzeigt. Schon kleinere Frischeverluste können dann dazu führen, dass hochwertige, qualitativ einwandfreie und genießbare Ware liegen bleibt und letztlich verdirbt.

Hightech-Materialien können helfen, wertvolle Ressourcen zu sparen, wenn sie mit geringerem Energie- und Materialeinsatz genau so viel oder sogar mehr leisten, als konventionelle Verpackungen.

Ein Problem, dass viele Hightech-Lösungen aus dem Verpackungsbereich (wie alle Verpackungen) immer meistern müssen: Sie dürfen trotz komplexer Funktionen und verantwortungsvoller Aufgaben nur minimalste Kosten verursachen.

Trotzdem ist die Hightech-Verpackung ein stark wachsender Markt. Der US-Marktforscher MarketsandMarkets schätzt, dass der weltweite Umsatz von Smart Packaging bis zum Jahr 2020 rund 40 Milliarden Dollar betragen wird.

Links

Die Verpackung denkt mit (pdf)
10 Dinge, die Sie über aktive und intelligente Verpackungen wissen müssen.

Intelligente Verpackungen: Kommerzialisierung macht Fortschritte
Marktanalyse von Frost & Sullivan.

Smarte Hülle
Flexible Elektronik eröffnet neue Perspektiven für funktionale Verpackungen.

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