Umweltschädliche Kunststoffabfälle haben in Deutschland in den letzten Jahren kontinuierlich zugenommen. Besonders viel Müll entsteht durch Verpackungen. Auf pflanzlichen Inhaltsstoffen basierende Beschichtungen für Papierverpackungen könnten künftig für nachhaltigen Ersatz sorgen. Im Projekt BioPlas4Paper konnten Forschende des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST gemeinsam mit Partnern mithilfe der Plasmapolymerisation auf Pflanzenstoffen basierende wasserabweisende Barriereschichten auf Papier erzeugen und so die Beständigkeit des Werkstoffs gegenüber Witterungseinflüssen verbessern. Erzeugt wird das Plasma mittels einer Plasmaquelle durch die Ionisierung von Gas zwischen zwei rotationssymmetrischen Elektroden, an die Hochspannung angelegt wird. Neu ist die geometrische Anordnung der Elektroden und die Art, wie das Aerosol eingeleitet und wie das Plasma gezündet wird. Die Kombination dieser Maßnahmen ergibt ein innovatives Konzept, das die Forschenden eigens für das Projekt entwickelt haben, sodass sich unter Atmosphärendruck die Einflüsse der Umgebungsluft auch bei höheren Beschichtungsgeschwindigkeiten auf ein Minimum reduzieren und die Ergebnisse dabei gleichbleibend und reproduzierbar sind. Aufgrund der Rauheit der Papieroberfläche kommt es bei hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten zur Verwirbelung der Umgebungsluft, was die Plasmaeigenschaften verändert. Diese schädlichen Einflüsse können durch das Konzept des IST vermieden werden. Die Plasmaquelle wird nah an die Papieroberfläche herangeführt und verdrängt die Umgebungsluft so komplett. Um das Papier selbst, die biobasierten Vorläufermoleküle und die Eigenschaften der erzeugten Plasmapolymere nicht zu beeinträchtigen, wird mit Plasmatemperaturen von etwa 70 Grad gearbeitet. Im Projekt konnte der Nachweis erbracht werden, dass sich biobasierte Stoffe mittels Plasma reproduzierbar und homogen abscheiden bzw. abtrennen lassen. Sehr gute hydrophobe Schichten ließen sich z. B. mit Oliven- und Chiaöl erzielen. Ein Anwendungsbeispiel sind Umzugskartons, die mit den hydrophoben Schichten auch länger Regen ausgesetzt sein können, ohne aufzuweichen.
