Lebensmittelverpackungen spielen in der heutigen Zeit eine enorm wichtige Rolle. Diese bringen jedoch einige Problematiken mit sich, welche näher begutachtet werden sollten. Eine Wechselwirkung zwischen Verpackung und Packgut ist unabwendbar, weswegen diese möglichst minimiert werden sollte.
Es besteht die Möglichkeit eines Stoffübergangs von der Lebensmittelverpackung, wobei gesundheitsgefährdende Stoffe wie beispielsweise Weichmacher, Mineralölrückstände oder Photoinitiatoren in die Lebensmittel übergehen.
Aktuell gibt es noch keine ökologisch unbedenkliche und ökonomisch günstige Lösung, um eine funktionelle Barriere zu schaffen, die die sogenannten Phthalate vom Stoffübergang einer Faserstoffverpackung hindert. Folglich werden komplexe Technologien und zusätzliche Packmittel eingesetzt, um die Migrationsaktivität möglichst gering zu halten. Dies zieht jedoch ein erhöhtes Müllaufkommen und hohe energetische Kosten nach sich.
In diesern Bachelorarbeit wird die Wirkungsweise einer Titandioxid-Dünnschicht aus dem Sol-Gel-Prozess gegenüber DEHP (Bis(2-ethylhexylphthalat)) untersucht. Diese Dünnschichten wurden mittels Sprühen, Rakeln und Drucken auf Frischfaserkartonagen aufgetragen und anschließend mit DEHP gespiked. Die Proben wurden mit der Lebensmittelsimulanz TENAX® bei 40°C und einer Kontaktzeit von sieben Tagen differenziert, wobei die migrierte Menge an DEHP bei Proben mit und ohne Beschichtung verglichen wurde. Um die übergegangene Menge transparent darzustellen, wurde das TENAX® mit dem Lösemittel Cyclohexan extrahiert, anschließend filtriert und mit einem GC-MS untersucht.
Im Vergleich zu den Referenzproben zeigte sich eine deutliche Reduktion der migrierten Menge an DEHP. Die Sprühbeschichtungen wiesen, gefolgt von den flexobedruckten Proben, weitaus weniger Stoffübergang auf.
Grund für die Minderung der Migration könnte die Lipophobie der Beschichtung im Gegensatz zur Lipophilie des Stoffes DEHP sein. Diesbezüglich steht das Gewicht der Beschichtung im direkten Zusammenhang.
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
1.1 Einleitung
1.2 Stand der Technik
1.3 Gesetzlicher Hintergrund
1.4 Ziel der Arbeit
2. Das Sol-Gel-Verfahren
2.1 Hintergrund
2.2 Sole
2.3 Gele
2.4 Der Sol-Gel Prozess
2.4.1 Herstellung
2.4.2 Einflussfaktoren auf Hydrolyse und Kondensation
2.4.3 Die Trocknung
2.5 Die Schichtbildung
3. Methode
3.1 Material
3.2 Versuchsdurchführung
3.3 GC-MS
3.4 Lebensmittelsimulanz TENAX®
3.5 Beschichtungstechniken
3.5.1 Sprühen
3.5.2 Flexodruck
3.5.3 Rakelstab-System
4. Ergebnisse
4.1 Alicona-Aufnahmen
4.2 REM-Aufnahmen
4.3 Migrationsergebnisse bei 1 g/L DEHP
4.4 Migrationsergebnisse bei 2 g/L DEHP
4.5 Migrationsergebnisse bei 5 g/L DEHP
5. Diskussion
6. Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Eignung von Titandioxid-Dünnschichten, die mittels Sol-Gel-Verfahren appliziert werden, als funktionelle Migrationsbarriere für den Weichmacher Bis(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP) bei Lebensmittelverpackungen aus Faserstoffen.
- Analyse des Migrationsverhaltens von DEHP bei verschiedenen Beschichtungstechniken
- Vergleich von Sprühbeschichtung, Flexodruck und Rakelstab-System
- Einfluss von Schichtdicke und Beschichtungsstruktur auf die Barrierewirkung
- Evaluation der chemischen und physikalischen Grundlagen des Sol-Gel-Prozesses
- Untersuchung der strukturellen Oberflächeneigenschaften mittels Mikroskopie (Alicona, REM)
Auszug aus dem Buch
2.4.1 Herstellung
Wasser reagiert mit den Acetat- bzw. Alkoxidgruppen, wobei ein fragmentarischer Austausch stattfindet. Der Transfer wird durch die Menge des Wassers und des Katalysators geregelt. Eine vollständige Hydrolysereaktion ist ebenso möglich. In einer gleichzeitig startenden Kondensationsreaktion werden größere Agglomerate gebildet. Je nach pH-Wert läuft die Hydrolyse- und Kondensationsreaktion schneller bzw. langsamer ab. Der pH-Wert ist neben der Temperatur ausschlaggebend für die Größe der gebildeten Kolloide und die späteren Eigenschaften des Sol-Gels.
Bei der Bildung von Partikelgrößen zwischen 1nm und 100nm tritt keine Wechselwirkung ein. Solche Sole zeigen in seltensten Fällen einen Tyndall-Effekt und sind meist klar. Bei fortlaufender Kondensation (Alterung) treten die Partikel in Wechselwirkung. Die Viskosität steigt und eine dreidimensionale Vernetzung tritt ein. Die Zwischenräume der Struktur sind vollständig mit Flüssigkeit gefüllt. Der abschließende Trocknungsprozess beeinflusst ebenfalls die Struktur und Eigenschaften des gebildeten Gels (Wright et al., 2001).
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einführung: Dieses Kapitel erläutert die Relevanz von Migrationsbarrieren in Lebensmittelverpackungen und gibt einen Überblick über den Stand der Technik sowie den gesetzlichen Rahmen.
2. Das Sol-Gel-Verfahren: Hier werden die theoretischen Grundlagen des Sol-Gel-Prozesses, die Bildung von Solen und Gelen sowie die Faktoren der Schichtbildung detailliert beschrieben.
3. Methode: Dieser Abschnitt beschreibt das verwendete Material, die experimentelle Durchführung der Migrationsversuche und die eingesetzten Beschichtungstechniken.
4. Ergebnisse: In diesem Kapitel werden die analytischen Daten präsentiert, inklusive der mikroskopischen Aufnahmen und der migrierten DEHP-Mengen bei unterschiedlichen Konzentrationen.
5. Diskussion: Es erfolgt eine Interpretation der experimentellen Ergebnisse hinsichtlich der Wirksamkeit der Titandioxid-Beschichtung und der Einflüsse der Schichtdicke.
6. Fazit: Das Fazit fasst die Eignung der Methode zusammen und gibt einen Ausblick auf die industrielle Anwendbarkeit sowie zukünftige Forschungsansätze.
Schlüsselwörter
Sol-Gel-Verfahren, Titandioxid, Migrationsbarriere, DEHP, Lebensmittelverpackung, Faserstoff, Stoffübergang, Sprühbeschichtung, Flexodruck, Rakelstab-System, GC-MS, TENAX®, Weichmacher, Barrierewirkung, Oberflächenstruktur
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie Titandioxid-Beschichtungen aus dem Sol-Gel-Prozess als Migrationsbarriere gegen den Weichmacher DEHP in Lebensmittelverpackungen fungieren können.
Welches sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder sind die Sol-Gel-Technologie, die Migrationsanalytik von Schadstoffen aus Verpackungsmaterialien und die Evaluation verschiedener Applikationsverfahren für Dünnschichten.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es festzustellen, ob TiO2-Sol-Gel-Beschichtungen eine effektive Barriere gegen die Migration von DEHP bilden und wie verschiedene Auftragstechniken die Barrierequalität beeinflussen.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es wurden experimentelle Beschichtungsversuche auf Kartonagen durchgeführt, gefolgt von Migrationsmessungen mit TENAX® als Lebensmittelsimulanz und der anschließenden Analyse mittels GC-MS.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen des Sol-Gel-Verfahrens, die konkrete Methodik der Probenherstellung und -prüfung sowie die detaillierte Darstellung und Diskussion der Ergebnisse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Sol-Gel-Verfahren, Titandioxid, Migrationsbarriere, DEHP, Lebensmittelverpackung und Faserstoff.
Welche Rolle spielt die Schichtdicke bei den Ergebnissen?
Die Arbeit zeigt einen direkten Zusammenhang zwischen der Schichtdicke bzw. dem Beschichtungsgewicht und der Effektivität der Migrationsbarriere; eine höhere Masse korreliert in der Regel mit einer besseren Reduktion des Stoffübergangs.
Warum wurde TENAX® als Lebensmittelsimulanz verwendet?
TENAX® wird standardmäßig für die Untersuchung der spezifischen Migration von trockenen Lebensmitteln verwendet, was den Rahmen dieser Untersuchungen widerspiegelt.
Was ergaben die mikroskopischen Untersuchungen?
Die Aufnahmen zeigten unterschiedliche Gelstrukturen, wobei insbesondere bei den Sprühbeschichtungen eine ausgeprägte Wabenstruktur beobachtet wurde, die mit der Migrationsbarrierewirkung korreliert.
- Arbeit zitieren
- Anonym (Autor:in), 2015, Wirkungsweise von Titandioxid Sol-Gel-Beschichtungen als Migrationsbarriere gegenüber Bis(2-ethylhexyl)phthalat, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/387302
