Glass Imaginations: Kleine, modulare Anlagen; Biologisch abbaubare/biologisch recycelbare Behälter

Glas, das wohl älteste Verpackungsmaterial, strahlt bei seinen jüngsten Erkundungen neuer (manche würden sagen revolutionärer) Herstellungstechnologien, Formate, Materialeigenschaften und Produktanwendungen jugendliche Energie aus.

Die heutige Glasindustrie erweitert den Horizont der Verpackungserwartungen von morgen. Die Entwicklungen rund um Glasmaterialien und deren Herstellungsverfahren widerlegen den langjährigen Status des Materials als solide Verpackungsoption.

Vielen Berichten zufolge soll der weltweite Markt für Glasverpackungen von etwa 76 Milliarden US-Dollar im letzten Jahr auf etwa 98 Milliarden US-Dollar im Jahr 2027 wachsen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 4,4 % entspricht.

Die wachsende Attraktivität von Glasverpackungen wird durch ihren GRAS-Status (Generally Regarded as Safe) von der US-amerikanischen Food and Drug Administration, ihre Undurchlässigkeit, Nichtporosität, Hitzebeständigkeit und unbegrenzte Recyclingfähigkeit vorangetrieben. Für einige Anwendungen wie Getränke sind Glasbehälter leicht nachfüllbar und wiederverwendbar.

Dennoch zeigen einige aktuelle Aktivitäten, dass Glasmaterialverarbeiter und Glasbehälterhersteller die Anzahl der Herstellungsmethoden, Rezepturen und Formate erfinderisch erweitern und so die Verpackungsattraktivität des Materials noch weiter steigern.

Kleine, mobile und modulare Produktionsanlagen für Glasbehälter sind bei OI Glass unvorstellbar. OI plant Anlagen mit geringerem Platzbedarf (sowohl umweltfreundlich als auch physisch), die in die Nähe der Abfülllinien der Kunden verlegt oder dort aufgestellt werden können, und investiert bis zu 240 Millionen US-Dollar in den Bau seiner ersten speziell gebauten MAGMA-Anlage (Modular Advanced Glass Manufacturing Asset). Bis Mitte 2024 soll es in Bowling Green, Kentucky, in Betrieb genommen werden. Über Bowling Green hinaus ist ein Kader von MAGMA-Pflanzen in Arbeit.

Laut OI werden MAGMA-Anlagen über Schmelzöfen verfügen, die etwa ein Drittel so groß sind wie herkömmliche Glasherstellungsöfen, und über eine Ein-/Aus-Funktion verfügen, um häufige Auftrags- und Farbwechsel zu ermöglichen. Zu den von MAGMA angepriesenen „fortschrittlichen Technologien und innovativen Prozessen“ gehört ULTRA, eine OI-Innovation zur Reduzierung des Behältergewichts um bis zu 30 % ohne Einbußen bei der Leistung.

Wenn Sie ein Smartphone bei sich tragen, haben Sie wahrscheinlich ein Stück bruchfestes Alumosilikat-Gorilla-Glas von Corning Glass in Ihrer Tasche oder Handtasche. Es dient zum Schutz des Bildschirms Ihres Telefons. Bei der Herstellung von Impfstofffläschchen ist das Aluminosilikatglas von Corning mit der Marke Valor bruchsicher und bricht auch bei extremen Temperaturen, denen die Impfstofffläschchen ausgesetzt sind. Valor fordert Borosilikatglas für den Markt für Impfstofffläschchen heraus. Schott Glass produziert den Löwenanteil der Borosilikatglasfläschchen für Impfstoffe, die bei Temperaturen zwischen -50 °C (-58 °F) und -15 °C (5 °F) aufbewahrt werden müssen.

SiO2 Materials Science, ein weiterer Herausforderer auf dem Markt für die Herstellung von Impfstofffläschchen, bietet unter dem Markennamen Vyterial einen Kunststoff/Glas-Hybrid an. Im Kern besteht der dreischichtige Hybrid von SiO2 aus einer dünnen, spritz- und streckgeformten Durchstechflasche aus zyklischem Olefinpolymer (COP) oder Copolymer (COC) in medizinischer Qualität. Die Innenfläche des Kunststofffläschchens ist mit einer dreischichtigen Barrierebeschichtung aus amorphem Silikat versehen, die durch ein modifiziertes plasmaunterstütztes chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (PECVD) aufgebracht wird.

Stellen Sie sich zum Schluss Folgendes vor: Glas, das sowohl biologisch abbaubar als auch biologisch recycelbar ist. Das ist der Entwicklungsanspruch eines Forscherteams der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von Professor Yan Xuehai vom Institut für Verfahrenstechnik (IPE).

Dr. Yan und sein Team meldeten ein Patent für ihre Entwicklung an, das sie in einem Artikel mit dem Titel „Biomolekulares Glas mit Aminosäure- und Peptid-Nanoarchitektur“ beschrieben, der in der Science Advances-Ausgabe vom 17. März 2023 veröffentlicht wurde.

Das Forschungsteam verwendete biologisch gewonnene und chemisch modifizierte Aminosäuren und Peptide, um „eine Familie umweltfreundlicher Brillen“ herzustellen. Das biomolekulare Glas wurde durch konventionelle Glasformung und additive Fertigung zu Glas mit biologischer Abbaubarkeit und biologischer Recyclingfähigkeit weiterverarbeitet. Anschließend verfolgten die Forscher die Glasbildungsfähigkeit, die Glasübergangskinetik und die thermodynamischen Parameter des Materials sowie seine In-vitro- und In-vivo-Abbaubarkeit.

„Unter Verwendung von aus Molekülen gewonnenen Gläsern … haben wir eine Vielzahl von Glaskomponenten sowohl durch 3D-Herstellung als auch durch Formguss hergestellt. Das Konzept des biomolekularen Glases, das über die kommerziell verwendeten Gläser oder Kunststoffe hinausgeht, könnte einer umweltfreundlichen Technologie für eine nachhaltige Zukunft zugrunde liegen“, sagte Yan sagt. „Allerdings befindet sich das biomolekulare Glas derzeit im Laborstadium und ist weit von einer groß angelegten Kommerzialisierung entfernt.“

Ben Miyares, Packaging Sherpa, ist ein Verpackungsmarkt- und Technologieanalyst und Präsident des Packaging Management Institute, Inc. Er kann unter [email protected] erreicht werden.