PET-Flaschen: Dicht und steril durch Plasmasterilisation

PET-Flaschen haben die Gunst der Kunden längst erobert und die altbewährte Glasflasche aus dem Supermarkt verdrängt. Doch jetzt soll wieder Glas als dünne Schicht den Kunststoff undurchlässig gegenüber Gasen und die Getränke haltbarer machen. Für Prof. Dr.-Ing. Peter Awakowicz und sein Team (Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Allgemeine Elektrotechnik und Plasmatechnik, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, www.ruhr-uni-bochum.de) ist das kein Widerspruch. Die Forscher haben zudem herausgefunden, dass sich PET-Flaschen in einem speziell dafür entwickelten Plasmareaktor auch ohne toxische Substanzen sterilisieren lassen. Sie kombinieren jetzt beide Verfahren – Beschichtung und Sterilisation – zu einem umweltfreundlichen Gesamtprozess.

Wenn Luft einströmt und der Sprudel entweicht
War es vor kurzem noch undenkbar, empfindliche Getränke wie vitaminhaltige Säfte in PET-Flaschen abzufüllen, so bieten heute einige Discounter selbst Bier in Kunststoffflaschen an. Das Problem lag in der unzureichenden Barriere des Werkstoffs Polyethylenterephthalat (PET) gegenüber Gasen. So konnte etwa Sauerstoff in die Flasche eindringen und Kohlensäure (Kohlendioxid) aus dem Getränk entweichen. Da viele Vitamine empfindlich gegenüber Sauerstoff sind, schränkte das die Mindesthaltbarkeit der Getränke drastisch ein. Die Barriereeigenschaften von Kunststoffflaschen lassen sich etwa durch mehrlagige Verbundkunststoffe mit Zwischenschichten verbessern, doch deren Herstellung ist aufwändig und teuer.

In der PET-Flasche ein Plasma zünden
Ein alternativer Ansatz ist die Beschichtung mit einem den Gasaustausch hemmenden Material. Mithilfe eines Niederdruckplasmas beschichten die Forscher PET-Flaschen von innen mit Siliziumdioxid (SiO2): Die Flaschen erhalten quasi eine hauchdünne Glasschicht in Nanometerstärke. Dafür entwickelten die Ingenieure in Kooperation mit einem Industriepartner einen speziellen Plasmareaktor. Er ermöglicht es, innerhalb der Flasche ein Plasma zu zünden, in dem gezielt chemische Reaktionen ablaufen, die schließlich zur Innenbeschichtung der PET-Flasche führen. Plasmen entstehen durch Energiezufuhr in Gasen. Sie sind gekennzeichnet durch einen bestimmten Umfang an ionisierten Komponenten (geladene Atome und Moleküle).

In wenigen Sekunden Millionen Keime abgetötet
Das Forschungsinteresse beschränkt sich nicht allein auf die Beschichtung von PET-Flaschen. Die Abtötung von Bakterien mit Hilfe von Plasmen könnte herkömmliche Sterilisationsverfahren ersetzen, die aufgrund der verwendeten stark ätzenden und reizenden Chemikalien hohe Sicherheitsanforderungen an die Prozessanlage stellen. Die Plasmasterilisation kommt dagegen ohne toxische Substanzen aus und ist bei Raumtemperatur möglich. Den Forschern gelang es, im Plasmareaktor innerhalb von wenigen Sekunden mehrere Millionen Keime abzutöten. Sie wollen nun beide Verfahren zu einem Gesamtprozess zusammenführen, in dem die PET-Flaschen zuerst sterilisiert und anschließend beschichtet werden. In einem anderen Projekt deuten erste Untersuchungen darauf hin, dass sich mittels Plasmasterilisation zugleich die Biokompatibilität von medizinischen Implantatmaterialien verbessern lässt.

Ruhr-Universität Bochum, Bochum

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