Preis für schützende Schichten

Müll findet sich praktisch überall: am Straßenrand, in Grünanlagen, in Flüssen und Meeren. Lebensmittelverpackungen sind ein Teil dieses gigantischen Müllbergs. Um etwas gegen diese Umweltverschmutzung zu tun, sucht die Forschung nach biologisch abbaubaren Verpackungen. Die gibt es zwar schon, aber wenn man sie für Lebensmittel verwenden will, erfüllen sie bisher noch nicht alle nötigen Anforderungen. Dazu wäre es nötig, dass sie zuverlässig das Eindringen von Sauerstoff und Feuchtigkeit verhindern – damit Chips, Süßigkeiten oder andere Lebensmittel nicht verderben.

Eine Lösung für dieses Problem zeigt Susanne Koch in ihrer Masterarbeit, die sie im Studiengang „Funktionswerkstoffe“ in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC geschrieben hat. Die Würzburger Wissenschaftlerin hat sich mit umweltfreundlichen Beschichtungsmaterialien beschäftigt, die sich von allein zersetzen und trotzdem Lebensmittel zuverlässig schützen.

Nachwuchspreis Neue Werkstoffe

Für ihre Arbeit hat die 25-Jährige im Februar den „Nachwuchspreis Neue Werkstoffe 2014“ von der Bayern Innovativ GmbH verliehen bekommen. Die Auszeichnung ist mit 2000 Euro dotiert. Besonders die exzellente Durchführung und der industrielle Anwendungsbezug der Forschungsarbeit überzeugten die sechsköpfige Jury.

„Bei meinem achtmonatigen Forschungsprojekt ging es um drei Punkte: Ressourcenschonung, Umweltfreundlichkeit und Lebensmittelschutz. Konkret heißt das, Beschichtungsmaterialien sollten mit nachwachsenden Rohstoffen modifiziert werden, biologisch abbaubar sein und die verpackten Lebensmittel trotzdem zuverlässig schützen“, erklärt Susanne Koch die Ziele ihrer Masterarbeit. Betreut wurde sie dabei von Professor Gerhard Sextl, Inhaber des Lehrstuhls für Chemische Technologie der Materialsynthese der Universität und Leiter des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC.

Schützende Schichten

Eine spezielle Form der Beschichtung, die am Fraunhofer-Institut entwickelt wurde, bildete die Grundlage von Kochs Forschungsarbeit: sogenannte ORMOCERe. Diese Beschichtungen lassen sich als Lack auf Materialien aller Art auftragen. Dadurch schützen sie zum Beispiel Metall vor dem Rosten oder lassen Wasser an Glasfassaden abperlen. Und sie verhindern bei Lebensmittelverpackungen das Eindringen von Sauerstoff und Feuchtigkeit.

Biologisch abbaubar allerdings waren die ORMOCERe bislang nicht. Genau darauf lag der Fokus in Susanne Kochs Projekt. Dazu forschte sie mit verschiedenen Naturstoffen. Zum einen mit Cellulose, einem pflanzlichen Stoff, der beispielsweise zur Papierherstellung verwendet wird. Zum anderen mit Chitosan, einem im Labor hergestellten Stoff, der dem aus Krabbenpanzern gewonnen Chitin nachempfunden ist. „Die Naturstoffe habe ich dann im Labor verändert, damit sie reaktiver sind und sich besser mit dem Barriere-Lack verbinden“, beschreibt Koch ihr Vorgehen.

Laborergebnisse überzeugen

Die Materialwissenschaftlerin brachte den modifizierten Lack auf Cellophan auf, einen der ältesten biologisch abbaubaren Kunststoffe für Verpackungen. Somit sollten sowohl die Verpackung als auch die aufgetragene Barriere-Schicht sich selbstständig zersetzen können. Und genau so war es auch, wie die Laborversuche zeigten: Nach zwei bis sechs Wochen begannen die Materialproben sich abzubauen. „Bemerkenswert ist dabei, dass Cellulose an sich keine überzeugende Barrierewirkung hat, in Verbindung mit dem Lack aber genauso gut ist wie herkömmliche Barriere-Schichten“, erklärt die 25-Jährige.

Bevor die biologisch abbaubaren Barriere-Schichten in die industrielle Produktion gehen können, werden noch einige Jahre vergehen. Bis dahin sind weitere Forschungen an der neuartigen Schutzschicht nötig. Außerdem wollen die Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut noch erreichen, dass ihre biologisch abbaubaren Lacke ein Lebensmittel nicht nur gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit schützen, sondern auch gegen einen Befall mit Bakterien.

Pläne für die Zukunft

Susanne Koch wendet sich aber erst mal einem anderen Thema zu. Ihre Doktorarbeit wird sie am Fraunhofer ISC in Zusammenarbeit mit der Uniklinik zum Thema „Nano-Partikel für die Tumortherapie“ schreiben. Auf die Frage, ob sie sich später einen Job in der Forschung vorstellen kann, antwortet sie: „Forschung macht auf jeden Fall großen Spaß. Aber jetzt konzentriere ich mich erst mal auf meine Doktorarbeit und schaue dann, was die Zukunft bringt“.

Susanne Koch stammt aus Buchbrunn bei Kitzingen und hat im Bachelor und Master an der Universität Würzburg das Fach „Funktionswerkstoffe“ studiert. Diesen Studiengang bietet die Universität in enger Kooperation mit dem Würzburger Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC an. Das gibt den Studierenden die Möglichkeit, ihre Abschlussarbeiten in den Labors des ISC zu schreiben.

Der Preis

Der „Nachwuchspreis Neue Werkstoffe“ prämiert jedes Jahr eine herausragende Abschlussarbeit zur industriellen Anwendung neuartiger Werkstoffe. Eines seiner Anliegen ist es, den Nachwuchs in den Werkstoffwissenschaften zu fördern. Susanne Koch bekam den Preis in Fürth/Bayern beim 13. Symposium „Material Innovativ“ verliehen, dem Jahreskongress des Clusters „Neue Werkstoffe“. Die Firma Leonhard Kurz Stiftung & Co.KG hat den Preis gestiftet.