Kongress mit begleitender Ausstellung

Innovation+: Papier, Textil & Folie

Multifunktionelle Barrieren und Oberflächen
26. Januar 2017, Hegelsaal, Bamberg

 

 

Bericht

Das Denkbare machen, statt das Machbare denken

Innovationen brauchen unternehmerischen Mut und Ausdauer, dies zahlt sich langfristig aus – durch die erfolgreiche Erschließung neuer Kunden und Märkte. Gerade die Papierindustrie sieht sich heute verändernden Märkten gegenüber und sucht die Vernetzung mit Experten aus anderen Technologien und Branchen. „Prozessoptimierungen allein reichen heute nicht mehr aus. Neue Geschäftsmodelle, neue Anwendungen und vor allem neue Produkte sind gefragt“, wie Jürgen Schaller, geschäftsführender Gesellschafter des Papierproduzenten Carl Macher und Vorsitzender des Verbandes Bayerischer Papierfabriken auf dem interdisziplinären Kongress Innovation+: Papier, Textil & Folie am 26. Januar 2017 in Bamberg ausführte. Der Bayern Innovativ gelang ist mit diesem erstmalig stattfinden Innovationskongress erfolgreich 230 Experten aus unterschiedlichsten Bereichen zusammenzuführen – alle mit dem Ziel, Zukunft vorauszudenken. Gemeinsam mit den Bayerischen Papierverbänden will die Bayern Innovativ Unternehmen der Papierindustrie beim Zugang zu neuen Technologien und Branchen unterstützen, wie Dr. Matthias Konrad von der Bayerischen Gesellschaft für Innovation und Wissenstransfer ausführte.

Zukünftige Anwendungspotenziale in Medizin, Verpackung und Landwirtschaft

Neuartige Anwendungspotenziale für die Werkstoffe Papier, Textil und Folie mit ihren spezifischen Funktionen bieten Entwicklungen wie die E-Mobilität und das autonome Fahren oder auch smarte Systeme (Pflaster, Implantate) in der Medizin. „In der Filtration und Wasseraufbereitung werden nach wie vor Lösungen gesucht, um Medikamente herausfiltern zu können“, so Zukunftslotse Thomas Strobel, Geschäftsführer der fenwis GmbH. Auch Produkte wie ein Laptop oder Lautsprecher aus Papier sind keine reine Zukunftsmusik mehr. 

Auf Möglichkeiten in der Medizin ging Heidi Revesz von der KARL OTTO BRAUN GmbH & Co. KG ein – das Unternehmen produziert textile Medizinprodukte für den B2B-Markt. Textile Materialien finden aktuell verstärkt Eingang in chirurgische Disziplinen, pharmazeutische Anwendungen und die regenerative Medizin. Innovative Funktionen sind gefordert, die sich eventuell auch durch die Kombination mit Papier oder Folie realisieren lassen. So ist bei transdermalen Systemen der Trend von passiven zu aktiven Systemen erkennbar. Eine Wirkstoffabgabe soll aktiv unterstützt werden, um die Sicherheit der Therapie zu verbessern. Einseitige Funktionalisierungsmöglichkeiten, z. B. für wasserabweisende Oberflächen, werden gesucht, ebenso Lösungen zur Sensorintegration für smarte Produkte. Außerdem rücken neue Fertigungsverfahren wie der 3D-Druck zunehmend in den Fokus.
Für kostengünstige und effiziente Diagnostiksysteme in der Medizin wird ein großes Marktpotenzial in Schwellen- und Entwicklungsländern gesehen. An funktionalen Mikrofluidikpapieren forscht die TU Darmstadt: Dafür wird Papier mit funktionalen Polymeren kombiniert. Auf diesem Weg lassen sich dünne, wasserabweisende Kunststoffbeschichtungen mit winzigen Kanälen für einen kontrollierten Flüssigkeitsfluss realisieren. „In die Kanäle können je nach Anwendung Katalysatoren, Farbstoffe oder andere chemische Reagenzien eingebaut werden, die den Nachweis bestimmter Substanzen ermöglichen. Aktuell wird unter anderem an der Entwicklung eines papierbasierten Zuckertests gearbeitet“, erläuterte Prof. Dr. Markus Biesalski vom Lehrstuhl Macromolecular Chemistry und Paper Chemistry.  Nicht nur in Schwellen- und Entwicklungsländern wird ein Markpotenzial gesehen, sondern auch in Industrienationen wird eine hohe Nachfrage nach solch frugalen Lösungen erwartet. Für deren Realisierung sei aber noch viel Arbeit erforderlich. Um innovative Funktionen und Produkte entwickeln zu können, sei vor allem auch die Einbindung verschiedener Disziplinen entscheidend; so arbeitet der Lehrstuhl eng mit Experten der Biologie, Biochemie und Pharmakologie zusammen.

Nicht nur bei Medizinprodukten, sondern auch bei Lebensmitteln sind funktionelle Verpackungen wichtige Bestandteile des Produktes. „Das Produkt und seine Verpackung sind als eine Einheit zu betrachten“, wie Lothar Zapf, Zentrum für Lebensmittel- und Verpackungstechnologie, darlegte. Die Lebensmittelverpackung muss u. a. vor Kontamination schützen, attraktiv sein, eine Rückverfolgbarkeit erlauben und 100 % reproduzierbar sein. Bei antimikrobiellen bzw. feuchteregulierenden Packstoffen befindet man sich aktuell in der fortgeschrittenen Entwicklungsphase – mögliche Einsatzgebiete sind Vakuumverpackungen, Verpackungen für feste bzw. formstabile Lebensmittel oder für Lebensmittel mit glatten Produktoberflächen wie Fleisch und Käse. Bei Temperaturindikatoren sind bereits funktionsfähige Systeme verfügbar, während bei Frischeindikatoren noch weiterer Forschungsbedarf besteht.

Neue Möglichkeiten in der Verpackung bieten auch Ansätze wie das Tiefziehen von Papier – daran arbeitet die Papiertechnische Stiftung. Hierfür ist es erforderlich, die Cellulose über einen chemischen Prozess mit thermoplastischen bzw. dehnbaren Eigenschaften auszustatten. Mit diesem Verfahren ließen sich zum Beispiel klassische Kunststoffprodukte wie Plastikbecher durch nachhaltige Produkte auf Papierbasis ersetzen, so Dr. Martin Zahel, PTS, in seinen Ausführungen. Man erwartet, dass diese Technologie in drei bis fünf Jahren für den breiten industriellen Einsatz reif ist.

Auch in der Landwirtschaft sind neue Materialien gefragt, u.a. für das Wassermanagement, die Düngung, Pflanzenaufzucht und den Schutz der Pflanzen vor Parasiten. Effizienzsteigerungen der Produktion sind ein wichtiges Thema. So werden beispielsweise im Weinanbau Lösungen zur Bekämpfung der Weinmotte gesucht, die Überträger der Esca-Krankheit ist. Die Krankheit verursacht alleine in Frankreich jährlich einen Verlust von 1 Milliarde Euro. Abhilfe soll ein Vliesstoff auf der Basis des Electrospinnings verschaffen, so Prof. Dr. Andreas Greiner, Inhaber des Lehrstuhls für Makromolekulare Chemie an der Universität Bayreuth. Dieser wird auf die frischen Schnittflächen der Weinstöcke aufgebracht und soll somit den Weinstock vor den Sporen der Esca-Krankheit schützen. Jedoch hat sich dies im Projektverlauf als nicht so einfach herausgestellt, da die Pilzsporen durch den Vliesstoff „schlüpfen“. Daher musste der Vliesstoff zusätzlich mit einem Fungizid ausgerüstet werden. Aktuell wird an der Entwicklung einer automatisierten Applikationstechnologie, dem Einsatz bioabbaubarer Materialien und eine Verbesserung der Elastizität des Vliesstoffes gearbeitet.

Das Electrospinnung an sich ist ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren und für den Großindustriellen Einsatz geeignet. Heute wird es u.a. genutzt, um Vliesstoffe für eine bessere Filterleistung mit Nanofasern zu beschichten. Ein Meilenstein im Electrospinning wurde 2016 mit der Realisierung superhydrophober Vliesstoffe erzielt. Weitere Anwendungspotenziale sind laut Greiner für Wundauflagen, Tissue Engineering und schützende Verpackungen, aber auch für Leichtbau, Batterieseparatoren oder Mikrobielle Brennstoffzellen gegeben. Der Lehrstuhl befasst sich derzeit auch mit der Herstellung von Membranen und Garnen auf Basis des Electrospinnings.

Integration von Elektronik & Sensorik

Potenziale für innovative Lösungen ergeben sich durch aktuelle Entwicklungen in der gedruckten Elektronik: Das Feld der Folien-basierten Elektronik entwickelt sich derzeit rasant. Solche flexiblen Systeme lassen sich auch mit Textilien und Papieren kombinieren. Es bieten sich zahlreiche Einsatzpotenziale: Vor allem in der Medizinischen Diagnostik, aber auch bei Smart Clothes oder auch Smart Packaging, Smart Home und Industrie 4.0. „Ein zentrales Thema für zukünftige Anwendungen ist die Integration von Sensorik und Mikroelektronik in Folie mit Embedding-Technologien“, so Christof Landesberger, Fraunhofer EMFT. Die Integration von Mikro-Controllern ist notwendig für die Digitalisierung von Daten, die Datenübertragung selbst und die entsprechende Vernetzung mit anderen Systemen. Des Weiteren für das Powermanagement und ein Senken des Energieverbrauchs sowie für die Miniaturisierung des Sensor-Systems und des System-Packages. SMD Montage und Chip-on-Flex sind Fertigungstechnologien für die Integration von Mikro-Controllern in Folie; sie befinden sich in der industriellen Produktion. Die Embedding-Technologie – das beidseitige, symmetrische Einbetten der Komponenten in Polymerlagen – befindet sich allerdings noch im Labormaßstab. Dieses Verfahren bietet im Vergleich eine erheblich bessere, mechanische Stabilität. „Forschungsbedarf besteht hier unter anderem bei der Zuverlässigkeitsanalyse der Folien-Systeme. Das heißt, wie verhalten sie sich über die Zeit und verschiedene Temperaturzyklen“, so Landesberger weiter.

Aber auch Papiere können ein mögliches Trägersubstrat für Gedruckte Elektronik sein. Hierfür müssen sie eine hochglatte Oberfläche aufweisen und dimensionsstabil sein. Der Papierhersteller Schoeller Technocell hat in einem fünfjährigen Entwicklungsprojekt entsprechende Papiere mit einer speziellen Extrusionsbeschichtung realisiert. Hierbei konnte das Unternehmen von seinem Know-how bei Papieren für Inkjetanwendungen profitieren. Verschiedenste Produkte sind denkbar wie intelligente Etiketten, Wundauflagen mit integrierter Messelektronik oder Möbeloberflächen mit integrierten, gedruckten Touch-Sensoren. Im Bereich Möbeldekor sieht Knut Hornig, Senior Vice President Research & Development, unter anderem ein großes Marktpotenzial – entsprechende Partner werden gesucht.

Diese Beispiele zeigen, dass für die Entwicklung innovativer Materialien, Technologien und Produkte interdisziplinäre Ansätze ein Schlüssel zum Erfolg sind. Immer öfter ist der Impuls und Transfer aus anderen Technologien und Branchen für die Entwicklung von Produkt- und Prozessinnovationen ausschlaggebend. Firmen und Institute sind deshalb zunehmend gefordert, den Blick über den eigenen Tellerrand zu wagen. Bayern Innovativ bietet Unternehmen mit seiner detaillierten Kenntnis der Spieler am Markt und der exzellenten Vernetzung in der Forschungs- und Entwicklungslandschaft hierfür bedarfsgerechte Unterstützung entlang des Innovationsprozesses an – von Innovationsplattformen für die Ideenfindung über die Identifikation geeigneter Technologien, Projektpartner und Fördermittel bis hin zur Markteinführung entwickelter Produkte und Verfahren durch Angebote wie den Gemeinschaftsstand Bayern Innovativ.

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