Kunststoffe im Lebensmittelbereich

VERPACKUNGSMATERIALIEN FÜR F R
LEBENSMITTEL

MATERIALIEN
� Kunststoffe
� Metalle
� Papier und Pappe
� Holz
� Glas, Keramik, Email

KUNSTSTOFFE
� Definition
Kunststoffe sind synthetisch hergestellte aus
niedrigmolekularen Bauelementen aufgebaute
hochpolymere Stoffe, die als lineare oder verzweigte
Makromoleküle oder als vernetzte Produkte
vorliegen.
Auch hochmolekulare abgewandelte Naturprodukte
wie z.B. Celluloseacetat zählen dazu.

VORTEILE DER
KUNSTSTOFFE
� Leichte Verformbarkeit
� Gewichtsersparnis
� Große Variationsbreite der Eigenschaften
– Transparenz
– Elastizität
– Resistenz gegen chemische und physikalische Angriffe
– Beständigkeit gegen Temperatur
– Gasdurchlässigkeit bzw. -dichtigkeit
– Aromadurchlässigkeit bzw. -dichtigkeit
� Hygiene
� Lagerung, Transport

KUNSTSTOFFHERSTELLUNG
� Klassifizierung nach dem Wärmeverhalten
– Thermoplaste gehen in der Wärme in einen plastischen oder
zähflüssigen Zustand über.
– Duroplaste sind in der Wärme nicht mehr verformbar
� Herstellung von Polymeren durch
– Polykondensation (z.B. Polyester)
– Polyaddition (z.B. Polyurethane)
– Polymerisation
– Ionenkettenpolymerisation
– Misch- und Blockpolymerisation, Copolymerisation,
Pfropfpolymerisation

KUNSTSTOFFE FÜR F R
LEBENSMITTEL-
LEBENSMITTEL
VERPACKUNGEN I
� Thermoplaste
– Polyethylen PE
» Low Density
Polyethylen LDPE
» High Density
Polyethylen HDPE
– Polypropylen PP
– Polybuten-1
– Polyisobuten
– Ionomere
– Polystyrol PS
– Polyvinylchlorid PVC
– Polyvinylidenchlorid
– Thermoplastische Polyester
– Polycarbonat
– Polyamide PA
– Polymethylmethacrylat
– Polyacrylnitril
– Polyoxymethylene oder
Acetalharze
– Polysulfone
– Fluorhaltige Polymerisate
– Polyvinylether

KUNSTSTOFFE FÜR F R
LEBENSMITTEL-
LEBENSMITTEL
VERPACKUNGEN II
� Duromere
– Aminoplaste
– Ungesättigte Polyester (z.B.
PET)
� Elastomere und Öle
– Polyurethane
– Natur- und
Synthesekautschuk
– Silicone
� Zellglas
� Bioabbaubare Polymere
– Polysaccharide
– Polyester

POLYETHYLEN
� LDPE
– geringe Durchlässigkeit für Wasserdampf
– gute Durchlässigkeit für O 2 , CO 2 , Aromen
– beständig gegen Säuren und Basen
– leicht quellend mit Fetten
– gute Schweißbarkeit
– geringe Wärmebeständigkeit
� HDPE
– höhere Undurchlässigkeit für Wasserdampf als LDPE
– beständiger gegen Chemikalien und höhere Temperaturen als
LDPE
Nicht geeignet für Lebensmittel mit hohem Fettgehalt
(O 2 -Durchlässigkeit !)

POLYPROPYLEN
� mechanisch fest
� geringe Durchlässigkeit für Gase, Wasserdampf und
Aromen
� Beständigkeit gegenüber Chemikalien ähnlich wie
HDPE
� kurzfristig bis 140°C erhitzbar
� geringe Kältebeständigkeit
� Verbesserung der Festigkeit und
Temperaturstabilität durch Verstrecken (OPP) und
biaxiales Verstrecken (BOPP)

VERWENDUNG VON PP
� Extrudierte Flaschen zur Heißabfüllung
� Spritzgegossene Behälter für Tiefkühlgüter (z.B.
Speiseeis)
� Mehrschichtflaschen und Dosen mit innerer
Barriereschicht (Dampfsterilisation möglich)
� Folien (BOPP) zur Verpackung von Süß- und
Backwaren, Snackartikeln, Teigwaren,
Kartoffelprodukten, Trockenfrüchten
Zigarettenverpackungen
Verpackungen im kosmetischen und medizinischen
Bereich

POLYBUTEN-1
POLYBUTEN
� Herstellung und Eigenschaften mit PP
vergleichbar
� Hohe Berstfähigkeit und Risszähigkeit ⇒
Heißwasserleitungen
� Folien zum Kaschieren von Papier und
Aluminium

POLYISOBUTEN
� Kautschukartig
� sehr gute Tieftemperaturbeständigkeit
� sehr geringe Wasserdampfdurchlässigkeit
� vielseitige Chemikalienbeständigkeit
� Verwendung als Komponenten für Klebstoffe und
Dichtungsmassen und bei der Herstellung von
Lacken

IONOMERE
� Herstellung durch Hochdruckpolymerisation von
Ethylen mit ungesättigten Carbonsäuren und mit
Verbindungen von Mg, Zn, Ca, Na (z.B. Mg-Acetat)
⇒ ionische Vernetzung mit erhöhter Steifigkeit bei
niederer Temperatur und benötigter Flexibilität bei
erhöhter Temperatur (Surlyn® von DuPont)
� Folien mit erhöhter Wasserdampfdurchlässigkeit und
ausgezeichneter Fettbeständigkeit und guter
Delaminierbeständigkeit bei Verwendung als
Kaschiermittel
� Nachteil gegenüber PE:
– höherer Preis
– geringere Temperaturbeständigkeit

POLYSTYROL
� hohe Durchlässigkeit für Wasserdampf und Gase
� geringe Durchlässigkeit für Aromen
� gute Beständigkeit gegenüber einigen Chemikalien
� Heißabfüllung möglich
� Nachteile:
– Sprödigkeit
– Spannungsrissempfindlichkeit
� Anwendung:
Milchprodukte mit geringem Fettgehalt (Joghurt, Speiseeis,
Topfen, Schlagobers) bei Kurzzeitlagerung unter Kühlung
Sortiereinsätze für Obst, Eier, Back- und Süßwaren

COPOLYMERE VON PS
� Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
verbesserte Spannungsrissbeständigkeit
� Styrol-Butadien (SB)
verbesserte Schlagfestigkeit und Schlagzähigkeit
auch als High-Impact-PS (HIPS) bezeichnet
Anwendung
Geräte und Behälter für den Haushalt (Getränkebecher und
Einweggeschirre)
Tiefkühl-Packstoff (wegen hoher Schlagfestigkeit)

POLYVINYLCHLORID (PVC)
Als Lebensmittelverpackung nur
weichmacherfreies PVC erlaubt!
Eigenschaften
– hohe Beständigkeit gegen Säuren, Basen, Fette und Öle
– geringe Durchlässigkeit für Wasserdampf, Gase,Aromen
und UV-Strahlen
– geringe Wärmebeständigkeit
– Quellung durch Verbindungen mittlerer Polarität
– leichte Abbaubarkeit durch Wärme, Licht und mechanische
Energie < Einbau von Zusatzstoffen (Weichmacher!)
Anwendung
als Hohlkörper für Getränke, Speiseöl, Detergentien,
Kosmetika, Pharmazeutika
Schalen für fette Lebensmittel
Weich-PVC-Folien mit hoher Gasdurchlässigkeit für
Frischfleischverpackungen und Käse

THERMOPLASTISCHE
POLYESTER
� Polyethylenterephthalat (PET)
� Polybutylenterephthalat (PBT)
Ausgangsstoffe:
Terephthalsäure, Isophthalsäure, Adipinsäure etc.
Ethylenglykol, Butandiol-1,4 etc.
Zusätze von PE oder PP

PET
Eigenschaften
– hohe mechanische Festigkeit
– gute Dichtigkeit gegenüber Gasen, Aromen und Fett
– geringere Dichtigkeit gegenüber Wasserdampf
– Temperaturbeständigkeit von -60°C bis ca. 200°C
(Kurzzeitbelastung) über Kristallinität steuerbar
– Beständigkeit gegen Chemikalien
– schwer schweißbar
Anwendung
– aus Folien warmgeformte Portionsschalen für den
Mikrowellenherd
– biaxial gereckte Flaschen, Weithalsbehälter und Dosen für
CO 2 -haltige Getränke, Speiseöl und Spirituosen
(neuerdings auch für Bier!)
– Verbesserung der Gasdichtigkeit durch Koextrusion mit
Barriereschicht (z.B Polyamid)

POLYCARBONAT
Eigenschaften
– glasklar, amorph
– hohe Festigkeit, Härte und Zähigkeit
– gute Temperaturbeständigkeit von -90°C bis 135°C
– relativ hohe Durchlässigkeit für Gase und Wasserdampf
⇒ Kombination mit entsprechenden Barriereschichten
Anwendung
– Milchflaschen
– Küchengeschirr
– Kaffeefilter
– Kaffeemaschinen
– Babyflaschen

POLYAMIDE
Herstellung durch Polykondensation von
Aminocarbonsäuren bzw. Derivaten oder aus
Dicarbonsäuren und Diaminen
Eigenschaften
– sehr gute Festigkeit
– beständig gegen die meisten Lösungsmittel, Fette, Öle, Säuren,
Alkalien
– geringe Durchlässigkeit für Gase und Aromen
– gute Durchlässigkeit für Wasserdampf
– sehr gute Hitze- und Kältebeständigkeit (-70°C bis +255°C)
– gute Schweißbarkeit
– verbesserte Steifigkeit bei biaxialer Reckung (OPA)
– relativ teuer

POLYAMIDE
Anwendung
– Schläuche für Brühwurst
– Verbundfolien bei Vakuum- und Schutzgasverpackungen
für Kaffee, Milchpulver, Fleischwaren
– Innenbeutel von „Bag in box“-Packungen für Flüssigkeiten
– Thermoformbare Verbunde für Fleischwaren, Fisch und
Käse

POLYMETHYLMETHACRYLAT
Eigenschaften
– Klarheit, Härte
– Beständigkeit gegen wässrige Lösungen, Säuren, Alkalien, Fette
– teuer
Anwendung
– Schüsseln, Becher, Bestecke
– orthopädische Anwendungen
– Zahnersatz

POLYACRYLNITRIL (PAN)
Eigenschaften
– extrem niedrige Gasdurchlässigkeit
– beständig gegen Säuren, Laugen und viele Lösungsmittel
Anwendung
– ein- und mehrschichtige blasgeformte transparente und
aromadichte Verpackungen für UV- und oxidationsempfindliche
Lebensmittel
(CO 2 -haltige Getränke, Bier mit mehrmonatiger
Lagerungsfähigkeit)

POLYOXYMETHYLENE
ODER ACETALHARZE
Eigenschaften
– opak weiß durch hohe Kristallinität
– hohe Festigkeit
– gute Zähigkeit auch bei tiefen Temperaturen
– beständig gegen Alkohole Ester, schwache Laugen
– unbeständig gegen Säuren
– Copolymere besser heißwasserfest

POLYSULFONE
Eigenschaften
– Temperaturbeständigkeit durch Einbau von Benzolringen bis ca.
130°C
� Polysulfon (PSU) und Polyethersulfon (PES)
– tiefste Einsatztemperatur -70°C bis -100°C
– höchste Einsatztemperatur
» 150 -170°C im Dauereinsatz für PSU, 200°C für PES
» kurzzeitig 200°C für PSU, 260°C für PES
Anwendung
– Mikrowellengeschirr
– Heißwasserbehälter
– Haushaltsgeräte

FLUORHALTIGE
POLYMERISATE (PTFE)
Eigenschaften
– Daueranwendung zwischen -200°C und 260°C
– antiadhäsive Eigenschaften
– gutes Gleitvermögen
Anwendung
– temperaturbeständige Beschichtungen in Bratpfannen, Töpfen und
anderem Kochgeschirr

POLYVINYLETHER
� je nach Zusammensetzung und Molekulargewicht als
Öle, klebrige Weichharze oder klebfreie
kautschukelastische Stoffe vorliegend
� resistent gegen Verseifung durch verdünnte Säuren
und Basen
Verwendung
– unverseifbare Polymerweichmacher
– Haftklebemassen

AMINOPLASTE
Ausgangsstoffe: Melamin in Mischung mit
Harnstoff und Formaldehyd bzw. Phenol
Eigenschaften
– helle, lichtechte Farbe
– beständig gegen heißes Wasser, organische Lösungsmittel,
Öle, Fette, Alkohol
Anwendung
– Ess- und Trinkgeschirre
– phenolhaltige Pressmassen nur für Haushalts- und
Küchengeräte mit Kurzzeitkontakt zu Lebensmitteln

UNGESÄTTIGTE UNGES TTIGTE POLYESTER
Herstellung von ungesättigten Polyesterharzen
durch Polykondensation von Polyglykolen mit
ungesättigten Dicarbonsäuren
Eigenschaften
– hell pigmentiert
– nicht spannungsrissanfällig
– lichtbeständig
– beständig gegen Alkohol, Fett
– bedingt beständug gegen schwache Säuren und siedendes
Wasser
Anwendung
– Behälter für Getränke
– Silos für Nahrungsmittel

POLYURETHANE
Gegenstände und Beschichtungen kommen mit dem
Lebensmittel oft nur kurzfristig in Berührung:
je nach Kontaktzeit 3 Kategorien
– Lagerbehälter, Behälterauskleidungen, großflächige Dichtungen,
Verpackungen
– Schläuche, Beschichtungen
– Großbehälter für trockene Lebensmittel (Getreidesilos),
Förderbänder
Achtung auf die Migration von primären aromatischen
Aminen und Hexamethylendiamin!

NATUR- NATUR UND
SYNTHESEKAUTSCHUK
Einteilung ähnlich wie bei Polyurethanen:
– Behälter, Beschichtungen, Dichtungen, Dichtungsringe
– Schläuche (z.B. Kaffeemaschinen), Flaschenverschlüsse,
Deckeldichtungen bei Milchkannen, Ventilkugeln
– Verwendung bei Melkmaschinen,
Milchverarbeitungsmaschinen, Kolben, Walzen,
Fördergurten,
Handschuhe und Schürzen bei der
Lebensmittelverarbeitung
– Saug- und Druckleitungen, Fördergurte, Walzenbezüge,
Dichtungen, Pumpen, Hähne, Ventile
– Spielwaren, Luftballons, Flaschensauger, Beißringe

SILICONE
POLYORGANOSILOXANE
Verwendung
– Papierbeschichtungen
– Flaschensauger; Beißringe
– Dichtungen in Backöfen und Kühlschränken

ZELLGLAS (CELLOPHAN)
Übergang von natürlichen Polymeren zu voll
synthetischen Kunststoffen, teilweise durch PP
aus Kostengründen verdrängt
Eigenschaften
– glasklar, glänzend
– reißfest
– durchlässig für Wasserdampf, Gase und Aromastoffe
– lackiertes Zellglas: dichter je nach Lackierung
– resistent gegen Fette und Öle
Anwendung
– Kurzzeitverpackung von Brot und Teigwaren
– Bonbons
– lackiertes Zellglas für Brot, Backwaren, Gewürze, Nüsse,
Trockenobst, Pralinen, Lebensmittel mit intensivem
Geruch, Zigaretten

BIOABBAUBARE POLYMERE
� Polysaccharide
– für Tragetaschen und Kompostsäcke
– feuchtigkeitsempfindlich
� Polyester
– Poly-D(-)-3-hydroxybuttersäure (PHB)
– Poly-caprolacton (PCL)
– ebenfalls Oberflächenveredelung zur Feuchtigkeitsbeständigkeit
notwendig

ADDITIVE ZU
KUNSTSTOFFEN
� Weichmacher
� Wärme- und Oxidationsstabilisatoren
(Antioxidantien)
� Gleit- und Formtrennmittel
� Optische Aufheller, Farbmittel
� Antistatika
� Emulgatoren
� Schutzkolloide
� Antibeschlagmittel
� Fungizide
� Füllstoffe
� Blähmittel

MIGRATIONSPROBLEMATIK
� Einwanderung von Substanzen aus dem
Verpackungsmaterial in das Lebensmittel bzw.
aus dem Lebensmittel in die Verpackung
⇒ Qualitätsänderungen des LM
Beeinflussung der Sensorik
Niedermolekulare Substanzen migrieren
schneller als hochmolekulare!
Migratmenge auch von der Zeit abhängig!
� Migration von
– Monomeren
– Zusatzstoffen
– Abbauprodukten von Kunststoffen und Zusatzstoffen

THEORIE DER MIGRATION
� Fick´sches Diffusionsgesetz
– δC = -K . δC 2
δt δx 2
C......Konzentration der migrierenden Substanz
t .......Zeit
x ......Dicke des Kunststoffs
K .....Diffusionskonstante

BEEINFLUSSUNG DER
GESUNDHEIT DURCH
GEBRAUCHSGEGENSTÄNDE
GEBRAUCHSGEGENST NDE
� Migration von toxikologisch relevanten
Substanzen aus Gebrauchsgegenständen
(speziell aus Kunststoffen)
– Monomere
– Stabilisatoren
– Weichmacher
– Schwermetallverbindungen
– Abbau- und Oxidationsprodukte von Kunststoffen und
Zusatzstoffen zu Kunststoffen
– Verunreinigungen aus Recyclingmatertialien

MIGRATIONSLIMITS
� EU-Richtlinie 90/128/EEC "Kunststoff-Richtlinie“
bzw. „Kunststoff-Verordnung“
– Globalmigration
10 mg/dm 2 oder 60 mg/kg
– Spezifische Migration
für Monomere; geplant auch für Additive, für die derzeit noch die
nationalen Regelungen gelten
� Gilt nicht für Kinderartikel!

TOXIKOLOGISCHE
BEURTEILUNG VON
KUNSTSTOFFEN
� Fütterungsversuche mit Ratten
1 - 5 % Kunststoff bzw. Zusatzstoff dem Futter über 3 Monate
beigemischt
Früher LD 50 - Wert bestimmt, heute Toxizitätstests an
Mikroorganismen oder Zellkulturen
� Toxikologische Kennzahlen
– ADI: acceptable daily intake
– PADI: packaging ADI (mg/Person und Tag)
– TDI: tolerable daily intake (mg/kg Körpergewicht und
Tag)

TOXIKOLOGISCH
BEDENKLICHE SUBSTANZEN
� Organozinnverbindungen (in PVC)
� Diphenylthioharnstoff (in PVC)
� Monomeres Vinylchlorid
Grenzwert 1ppm im fertigen Kunststoff
� Phthalate
– Di- (2-ethylhexyl) phthalat = DEHP
– Diisononylphthalat = DINP

TOXIZITÄT TOXIZIT T VON
PHTHALATEN
Am besten DEHP untersucht:
� Primäres Zielorgan einer längerdauernden
oralen Gabe = Leber
– Lebertumore bei Nagetieren (vermutlich
speziesspezifische Peroxisomenproliferation in der
Leber)
– minimale derartige Reaktionen bei Primaten und
Menschen
� Hohe Dosierungen (> 500-1000 mg/kg KGW
im Tierversuch)
– embryotoxische und teratogene Effekte bei Ratte und
Maus
– Leberkrebs
– Hodenschädigungen
DINP
� Ähnliche Effekte wie DEHP

BADGE = BISPHENOL A- A
DIGLYCIDYL-ETHER
DIGLYCIDYL ETHER
� =2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan-bis(2,3epoxypropyl)
ether
� Herkunft: aus innenbeschichteten
Konservendosen (besonders aus Goldlack)
� Grenzwert: 1 mg/kg Lebensmittel (EU)
– Schweiz: 0,02 mg/kg Lebensmittel
� Sehr gut fettlöslich: hauptsächlich in
Sardinenöl gefunden!
� Hydrolyseprodukte (BADGETOL)
wasserlöslich, in Energydrinks?

EXTRAHIERBARKEIT VON
KUNSTSTOFFEN
� Bestimmung der Globalmigration mit
– destilliertem Wasser
– 3%iger Essigsäure
– 15%iges Ethanol
� Auch Extraktion von beschichtetem Material
möglich
� Prüfung auf Überwanderung von Fremdstoffen
(= Migration)
� Extraktion mit Fetten
– Cocosfett Oleum Cocos DAB-Erg. B.6
– Sonnenblumenöl
– Sojaöl
– Erdnussöl
– HB 307 (NATEC)

PRÜFUNG PR FUNG VON
KUNSTSTOFFEN
� Bestimmung der Art des Kunststoffes
– Vorproben
– Bestimmung der Heteroelemente
– Pyrolyse
– IR-Spektroskopie
– Brechungsindex
– Definierter chemischer Abbau
– Schmelzindex
– Erweichungsbereich
– Kristallitschmelzpunkt
– Dichte

WEITERE
LEBNSMITTELSPEZIFISCHE
KUNSTSTOFFPRÜFUNGEN
KUNSTSTOFFPR FUNGEN
� Permeation von Gasen und Wasserdampf
� Aromadurchlässigkeit
� Nachweis poröser Beschichtungen
� Farblässigkeit bei gefärbten Kunststoffen
� Prüfung auf Peroxide
� Organoleptischer Test (Geruch, Geschmack)
mit Modell-Lebensmittel nach der
Dreiecksmethode (Triangeltest)
– Kontakt Lebensmittel / Verpackung unter praxisnahen
Bedingungen!

Anwendung von Kunststoffen als
Lebensmittelverpackung
� Molkereiprodukte
Butter kunststoffbeschichtete (kaschierte Papiere)
(PVdC, PE)
Milch PE-beschichtete Kartons, LDPE (Flaschen), PP
Topfen HDPE, Polyvinylmischpolymerisate, Polystyrol
Käse PVC, PVdC, Polyamid, dispersionsbeschichtete
Joghurt Polystyrol
Papiere (PVC, PVdC, PE, Polyvinylester)
Margarine PVC, PVdC (weichmacherfrei)
� Speiseöl HDPE, PVC (weichmacherfrei)
� Fleisch, PE (2-seitig gerecktes), Polyamid
Geflügel (Vakuumverpackung oder Schutzgas), Polyester
� Brot, Gebäck PE, PP
� Koch-, Brat-, PET, Polyamid, PP
Backfolien
� Erfrischungs- PET, PE, PP, PVC
getränke

METALLKORROSION
� Korrosion unter Wasserstoffentwicklung
� Korrosion unter Verbrauch von
Oxidationsmitteln
� Korrosion unter Zutritt von Luftsauerstoff

KORROSIONSFORMEN
� Ebenmäßige schwache Korrosion
� Ungleichmäßige Korrosion
(Lochfraß an Nieten, Stoßstellen, Spalten)
� Interkristalline Korrosion (an Korngrenzen der
Metallkristalle)

Korrosionsvorgänge Korrosionsvorg nge in Abhängigkeit Abh ngigkeit von den
Potentialen der beteiligten Metalle
(Quelle: FAO, Paper 36, Rome, Rome,
1986)

KORROSIONSFÖRDERNDE
KORROSIONSF RDERNDE
LEBENSMITTELINHALTSSTOFFE
– S-haltige Aminosäuren bzw.Proteine
– Aminosäuren
– Chloride, Nitrate (NaCl)
– Cu (aus Spritzmitteln)
– Abbauprodukte von Ascorbinsäure und Pektinen
– Organische Säuren (Hydroxisäuren, Oxalsäure)
– Anthocyane, Flavonole, Catechine
– S-Verbindungen (H 2 SO 3 etc.)
– 5-Hydroximethylfurfural
– Freie Fettsäuren
– Hydroperoxide
– Trimethylaminoxid
– Polyphosphate

BEEINTRÄCHTIGUNG BEEINTR CHTIGUNG VON
LEBENSMITTELN DURCH
METALLE
Ascorbinsäure Cu, Ag, Fe, Zn
Etherische Öle Cu
Spirituosen Cu, Zn, Al
Wein Fe, Cu + H 2 SO 4
Bier Cu
Fette Cu, Fe
Milch Cu, Fe
Käse Cu, Stahl
Fleisch, proteinhaltige LM Fe
Obst, Gemüse Cu, Sn, Fe, Al

ALUMINIUM
ALUMINIUMLEGIERUNGEN:
� AlCuMg (Duraluminium)
� AlMg
� AlMn sehr günstig für
� AlMgSi Lebensmittel
� AlMgMn
Wenig anfällig gegen SO 2 und H 2S!
ALU-Dosen hauptsächlich für Bier und
Fruchtsäfte
Abfallproblematik
Herstellung energieintensiv!

BLEI
� Früher: Wasserleitungsrohre, Tuben,
Flaschenkapseln
� Heute: Tuben mit Lack- oder Sn-Überzug
Angriff durch Säuren (Essigsäure, Citronensäure)

EISEN
� Hochlegierte Stähle (0,6 - 0,9 % C)
� Gusseisen (3,5 % C - 2 % Si - 1 % P)
� Schutzschichten aus Zn, Sn, Email, organischen
Anstrichen
� Fe - Legierungen
– Chromstähle
– Chrom - Nickel - Stähle (V2A - Stahl von Krupp)
Verwendung:
– Lebensmitteltechnologie (Bierbrauerei, Milchwirtschaft)
– Milchkannen
– Fettindustrie

KUPFER
� Sn - Bronzen: SnBz6 (6 % Sn)
� Messing: Cu - Zn (25 - 45 % Zn)
� Rotguss: Cu - Sn - Zn
� Cu - Al + Ni, Fe
� Alpaka oder Neusilber: Cu - Zn - Ni
Verwendung:
– Fruchtsaftindustrie
– Essigsäureherstellung
– Branntweinindustrie
– Bierbrauerei
– Milchwirtschaft (Käserei)

NICKEL UND
NICKELLEGIERUNGEN
� Korrosion nur durch starke anorganische
Säuren (H 2 - Entwicklung)
� Gut beständig gegen Laugen
� Ni + 30 % Cu = „Monel - Metall“
Gefahr des Lochfraßes
� Ni + Fe, Cr, Mo: auch gegen Säuren gut
beständig
Bildung von Schutzschichten durch
Korrosionsprodukte!
Anwendung:
Fettindustrie

SILBER
� Silberlegierungen: mechanisch beständiger als
Reinsilber
� 835er - Silber: 83,5 % Ag; 16,5 % Cu
Unterschiedliche Korrosionsanfälligkeit gegen
siedende organische Säuren (Milchsäure)
+ S und S-haltige LM ⇒ Ag 2S (Anlaufen)
+ Zwiebel ⇒ eigenartiger Geruch
Anwendung: Haushalt (Geschirr)

ZINK UND
ZINKLEGIERUNGEN
Meist als metallischer Überzug.
� Herstellungsverfahren:
– Zn - Druckguss
– Feuerverzinken
– Sendzimir - Verfahren
– Galvanische Verzinkung
– Spritzverzinken
– Sherardisieren

ZINK UND
ZINKLEGIERUNGEN
� Beständigkeit:
– beständig gegen Luft und H 2 O durch Schutzschichtbildung
– unbeständig
» gegen reines H 2 O ohne Luftzutritt
» gegen feuchte + saure Lebensmittel
� Anwendung:
– Lagerbehälter für Getreide, Mehl und Zucker
– Brühkessel in Schlachthäusern

ZINN UND
ZINNLEGIERUNGEN
Am häufigsten von allen Metallen für Lebensmittel
verwendet (Weißblechdosen)!
� Britannia-Metall (Geschirr)
70 - 90 % Sn
Cu, Sb
10 % Zn
� „Vestit“ (= Lebensmittel - Metall)
82,4 % Sn
15,8 % Sb
2 % Ni
0,2 % Ag

ZINN UND
ZINNLEGIERUNGEN
Aufbau der Zinnschicht nach Verzinnung von Stahl
(von innen nach aussen):
Fe Sn 2
Sn
SnO oder Sn(OH) 2
Ölschicht oder Lackierung
Korrosion
– vor allem bei Poren auf Weißblechen,
bei Beschädigungen der Lackschicht
– unter Wasserstoffentwicklung und unter Verbrauch von
Oxidationsmitteln ⇒ Sn im Lebensmittel!
Grenzwert 250 mg/kg Lebensmittel

WEISSBLECHDOSEN
� Bombagen („Flatterdosen“)
– Biologische Bombagen
– Chemische Bombagen ⇐ Korrosion
– Physikalische Bombagen

WEISSBLECHDOSEN
Schäden an der Doseninnenwand
– blau-violette Anlaufschichten
– Schwarzfärbung des Füllgutes
– weißgraue - weißgrünliche Verfärbung des Füllgutes
– Eisblumenmuster an der Doseninnenwand
– Mausgrauverfärbungen an der Doseninnenwand
– Durchlöcherung der Dosenwand

WEISSBLECHDOSEN
Korrosiv wirkende Lebensmittel und
Inhaltsstoffe
– Anthocyane
– Äpfelsäure
– Apfelsaft (vor allem heiss)
– Karamelisierungsprodukte WEISSBLECHDOSEN
– 5-Hydroximethylfurfurol
– SO 2 (Konservierungsmittel)
– Paradeiser
– Spinat (Nitrat, Oxalsäure)
– Erbsen
– Grüne Bohnen
– Rhabarber
– Sauerkraut
– Kohlarten
– Pilze

WEISSBLECHDOSEN
Fortsetzung:
– Proteine (pH

ANALYTIK VON
SCHWERMETALLEN
� Atomabsorptionsspektroskopie (AAS)
� Aufschluss des Lebensmittels durch
– trockene Veraschung bei 500 - 550°C eventuell unter Zusatz
von Veraschungshilfsmitteln
Achtung auf flüchtige Substanzen Cu, Co, Mn, Zn
(nur bis 500°C)!
– Nasse Veraschung unter Zusatz von HNO 3 , HClO 4 , H 2 SO 4
und H 2 O 2
Achtung auf Verunreinigungen durch
Veraschungsreagenzien!

PAPIER UND PAPPE
� SORTENGRUPPEN
– Zellstoff- und Altpapier
– Gestrichene Papiere
– Karton und Pappe
– Fettdichte Papiere
– Hygienische Papiere
– Filterpapiere
– Zigarettenpapiere
– Kunststoffbeschichtete Papiere

Papierrohstoffe
� Ausgangsmaterialien
– Faserstoffe auf Cellulosebasis
– Faserstoffe aus synthetischen Hochpolymeren
– Holzschliff
– Fasern aus Altpapier
� Füllstoffe
– Ca-, Mg-Carbonat
– SiO 2 , Silikate
– Calciumsulfoaluminat
– BaSO 4
– TiO 2
� Zur Bleichung
– Peroxid
– Natriumdithionit

Fabrikationshilfsstoffe
� Leimstoffe
Casein
Stärke + Derivate
Kolophonium
Cellulose
Alginate
Dispersionen aus Wachs, Paraffin
bzw. Kunststoff
� Fällungs- und Fixiermittel
Al 2(SO 4) 3
H 2SO 4
Tannin
Kondensationsprodukte von
Harnstoff und aromatischen
Sulfosäuren mit Formaldehyd
EDTA

Weitere Papierzusatzstoffe
� Entwässerungsbeschleuniger
� Dispergier- und Flotationsmittel
� Schaumverhütungsmittel
� Schleimbekämpfungsmittel (z.B Pentachlorphenol)
� Konservierungsstoffe
� Spezielle Papierveredelungsstoffe
Nassverfestigungsmittel, Feuchthaltungsmittel, Farbstoffe, optische
Aufheller, Mittel zur Oberflächenveredelung und -beschichtung

Analytik von Papieren
� Trockenrückstand des H 2 O-Extraktes
� Formaldehyd
� Glyoxal
� Pentachlorphenol
� o-Phenylphenol u.a. phenolische Substanzen
� Prüfung der Unlöslichkeit von Farbstoffen und
optischen Aufhellern
� Schwermetalle

Spezielle Prüfmethoden
Pr fmethoden
� Fettdichte
� Wasserdampfdurchlässigkeit
� Gasdurchlässigkeit
� Druckfarbenbeständigkeit
� Organoleptik
� Ausblutechtheit

Lacke und Anstrichmittel
� Lacke mit organischen Lösungsmitteln
� Wasserverdünnbare und wasserdispergierte Lacke
� Filmbildner
– Naturharze
– Lacköle
– Kautschuk- und Cellulosederivate
– Kunstharze
– Kunststoffe
� Zusatzstoffe bzw. Hilfsmittel

Lösungsmittel
sungsmittel
� Aktive Löser (z.B. für
Nitrocellulose)
– Aceton
– Ethylacetat
– Butylacetat
– Methylglycolacetat
– Ethylglycol
� Latente Löser
� Verschnittmittel
– Benzin
– Toluol
– Ethanol
� Weitere wichtige
Lösungsmittel
– Kohlenwasserstoffe
(aliphatische,
cycloaliphatische, Terpen-
KW, Cl-KW)
– Ketone
– Ether
– Alkohole
– Ester
� Nichtlöser
Flüchtige Anteile dürfen im Endprodukt NICHT nachweisbar
sein!

Farbmittel
� Pigmente = in Lösungs- und Bindemitteln
unlösliche, organische oder anorganische
Farbmittel
� Farbstoffe = in Lösungs- und Bindemitteln
lösliche Farbmittel
ACHTUNG BEI TOXISCHEN
SCHWERMETALLEN!
BIOVERFÜGBARKEIT!
– Pb
– Cd
– Cr (Cr 6+ )
– Co

Holz
Fässer, Kübel, Bottiche, Kisten, Körbe, Schachteln, Stiele für
Speiseeis, Zuckerwaren, Bratspieße
Europäische Hölzer: Hainbuche, Rotbuche, Birne, Esche
� Bier: Harthölzer
� Wein: Eiche
� Whiskey: amerikanische Weißeiche (Quercus alba)
� Weinbrand: Limousin-Eichen (Frankreich)
� Heringe: Kiefer
� Butter: Rotbuche, Linde, Fichte, Tanne, Wacholder
� Zigarren, Marzipan (Geschenkpackungen): Okoume,
Cedrela, Buche, Erle
� Reiswein: japanisches Sugiholz

Keramik
Bestandteile
� Kaolinit (wertvollster Ton) - Lehm = Al 2O 3.2SiO 2.2H 2O
� Quarzsand (SiO 2 )
� Tonerde Al 2O 3 (gewonnen aus Bauxit, der Hydroxide
und Oxidhydrate von Fe, Al und Si enthält)
Glasuren
� Silikate (Kaolin, Feldspat)
� Carbonate (Kalkspat, Dolomit, Soda)
� Oxide
Glasurbrand 1400-1500°C

Keramikarten
� Töpferwaren
� Fayencen
� Majolika
� Steingut
� Steinzeug
� Porzellan
ACHTUNG auf Pb- ABGABE bei Glasuren!

Porzellanherstellung
Grundmasse
– 50% Kaolin
– 25% Quarz
– 25% Feldspat
� Formen
� Trocknen
� Brennen
– Vorfeuer (-850°C)
– Scharffeuer (900-1100°C)
� Glasieren
– SiO 2 +Al 2 O 3
� Dekorieren

Email
= Glasfluss, der auf Metall aufgeschmolzen wurde
Bestandteile
– bis 35% Borax
– Feldspat
– Quarz
– Soda
– Salpeter
Vorteil: sehr widerstandsfähig gegen starke Säuren und
verdünnte Laugen

Email-Herstellung
Email Herstellung
� Reinigen der Bleche
� Aufbringen des Glasflusses mit Haftsubstanzen
(Kobaltoxid 0,3%, Nickeloxid -1,5%)
� Reifung des Schlickers
� Austrocknung bei 120°C
� Brennen 840-900°C
� Deckemaillierung (weiß oder färbig)

Glas
= anorganisches Schmelzprodukt, das abgekühlt wurde,
ohne zu kristallisieren
� Vorteile
reaktionsträge gegenüber den meisten organischen und
anorganischen Substanzen
� Nachteile
Auflösung durch Flusssäure und Alkalischmelzen
Angriff durch Laugen und Phosphorsäure

Beispiele für f r Gläser Gl ser
� Natronkalksilikatglas
(Flaschen, Gläser)
74% SiO 2
16% Na 2 O
10% CaO
� Jenaer ® Glas von Schott
75% SiO 2
6% Borsäure
6% Tonerde
7% Natron
1% Kali
1% Kalk
4% Baryt

Glasherstellung
� Schmelze: 15-30 Stunden bei 1400-1500°C
� Läuterung: zum Entweichen des CO 2
� Abstechen: 1100-1000°C
� Kühlung: -700°C
� Veredelung

Analytik
� Grundlage Geschirrverordnung für Glasuren
und Email
� Österreich: Keramikverordnung BGBl 1993/893
Regelung der Migrations-Höchstwerte für
» Pb 1,5 mg/l - 0,8 mg/dm 2
» Cd 0,1 mg/l - 0,07 mg/dm 2
» Zn 3 mg/l
» Sb 1 mg/l
» Ba 1 mg/l
Beschreibung der Analysenmethode
� Nickelverordnung für Gebrauchsgegenstände
BGBl 2000/204
– Nickelabgabe < 0,5 μg/cm 2 u. Woche
– Untersuchungsverfahren: Farbtest

Gesetzliche Regelungen
� Österreich
Grundlage = Österriechisches
Lebensmittelgesetz 1975 (§28, Verkehr mit
Gebrauchsgegenständen)
+ relevante Verordnungen
(Bundesgesetzblätter)
� Europa
Harmonisierung der Gesetzgebung angestrebt
– Rahmenrichtlinien (1. Rahmenrichtlinie für Verpackung
1976)
– Einzelrichtlinien (z.B. zur Bestimmung der Migration)
� Deutschland
Empfehlungen des Bundesinstituts für
gesundheitlichen Verbraucherschutz und
Veterinärmedizin (früher
Bundesgesundheitsamt BGA)

ASEPTISCHES VERPACKEN
Physikalische Verfahren
� Thermische Verfahren
– Erhitzen mit Sattdampf
– Erhitzen mit überhitztem Dampf (Martin-Dole-Verfahren)
– Erhitzen mit hheißer Luft
– Erhitzen mit Mischungen aus heißer Luft und Wasserdampf
– Erhitzen durch Extrudieren
� Bestrahlungsverfahren
– Bestrahlen mit Infrarotstrahlen
(λ = 0,8 - 15.10 6 m)
– Bestrahlen mit UV-Strahlen
(λ = 254 nm)
– Bestrahlen mit ionisierenden Strahlen

ASEPTISCHES VERPACKEN
Chemische Verfahren
� Behandlung mit H 2O 2
(20 - 35%ige Lösung)
� Behandlung mit Peressigsäure
� Behandlung mit Ozon

Umweltauswirkungen von
Einweg- Einweg und Mehrwegsystemen
� Einwegverpackungen
Umweltauswirkungen durch Art und Menge der
Packmittel, Warenverteilung und Entsorgung
� Mehrweg-Gebinde
umlaufzahlenunabhängige und
umlaufzahlenabhängige Belastungen
Die UMLAUFZAHL muss immer berücksichtigt
werden!

Vergleich Mehrweg-Glasflasche Mehrweg Glasflasche und
Verbundkartonverpackung für f r
pasteurisierte Trinkmilch
Voraussetzung: Vergleich gleicher Verpackungsgrößen!
Welche Parameter müssen bei der Ökobilanz berücksichtigt
werden?
– Wasser- und Rohstoffverbrauch
– Energieverbrauch
– Technischer Vergleich
» Schutzeigenschaften
» Distributionseigenschaften
» Gebrauchseigenschaften und Verbraucherakzeptanz
– Wirtschaftlicher Vergleich
» Verbrauch an Rohstoff, Wasser, Energie
» Belastung von Luft, Wasser und Deponien
» Systemkostenindizes

Verpackungsrücknahme
Verpackungsr cknahme
� Verbot von Einwegverpackungen nicht durchsetzbar
� Andere legistische Möglichkeiten
– Zwangspfand
– Verpackungsabgabe des Verbrauchers bzw. Herstellers
Trotzdem kein abfallvermindernder Effekt!

Missverständnisse Missverst ndnisse in der
Verpackungsdiskussion
� Verrottbare Verpackungen
⇒ toxische Abbauprodukte?
⇒ Schaden und Nutzen bei der Verbrennung
(PVC!)
� Ermittlung der Umweltauswirkungen
– Verbrauch von Ressourcen
– Belastung von Luft und Wasser (auch langfristige Auswirkungen)
– Abfallgewicht und -volumen
– Auswirkungen auf die Arbeitssicherheit

Ökobilanzen kobilanzen von Packstoffen
� Rohmaterialverbrauch
� Energieverbrauch
� Kritisch werdende Luft- und Abwassermenge
� Volumen fester Abfälle
� Transportkosten
– Transportwege für Ressourcen
– Transportwege für Verteilung
– Transportwege für Abfälle

AKTIVE LEBENSMITTEL-
LEBENSMITTEL
VERPACKUNGEN
� Ethylenentfernende Verpackungen
� Modified Atmosphere Packaging (MAP)
� Aktives Verpacken in Kunststoffen
– Sauerstoff-Fänger
– Feuchtigkeitskontrolle
– Entfernung von verderbenden Einflüssen und
Lebensmittelinhaltstsoffen
– Freisetzung von Antioxidantien oder antimikrobiell
wirkenden Substanzen aus dem Verpackungsmaterial
– Modifizierte Permeabilität der Kunststoffe

Relevante Websites
� EU - Gesetzgebung
http://europa.eu.int/eur-lex/en/index.html
� Österreichische Gesetze
(Rechtsinformationssystem)
http://www.ris.bka.gv.at/
� Lebensmittelverpackung
http://cpf.jrc.it/webpack/
http://cpf.jrc.it/webpack2000
http://www.pirapackaging.com
http://www.verpackung.org/
� Weitere Informationen
http://www.on-norm.at/