Info: Was sind Schaumstoffe?

Sie sind leicht zu verarbeiten, höchst anpassungsfähig und wandelbar, dabei doch solide und von geringer Dichte: Schaumstoffe, die aus vielen Kunststoffen hergestellt werden.

Für Verpackungen besonders interessant sind jedoch Schäume aus Polyethylen (PE-Schaum), aus Polyurethan (PU- bzw. PUR-Schaum), aus Polystyrol (PS-Schaum) und expandiertem Polystyrol (EPS), aber auch aus expandiertem Polypropylen (EPP). 

Schaumstoffe sind schon deshalb so bedeutsam für Verpackungen, weil sie bei nur geringen Werkzeug- und Produktionskosten einfach und abwechslungsreich eingesetzt werden können: Sie alle lassen sich leicht verarbeiten und sehr gut bearbeiten. Maßgerechte Verpackungen aus Schaumstoff können zum Beispiel mittels Wasserstrahl oder Glühdraht (EPS-Schneiden) oder auf Kontur geschnitten, aber auch unter Zuhilfenahme von Computerprogrammen exakt gefräst oder gestanzt werden. Geläufigen Schneidmesser-Methoden (Bandschnitt oder Stanzen) steht die ökonomisch innovativere Methode des Wasserstrahl-Schnitts gegenüber. Der Wasserstrahl ist extrem gebündelt und trifft mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit auf; so lassen sich formgenaue und präzise Resultate erzielen (Beispiel: Schaumstoffinlays, die exakt den Konturen der jeweiligen Verpackung angepasst sind). 

Ein paar allgemeine Verarbeitungsmöglickeiten und Einsatzgebiete von Schaumstoffen

In einigen Fällen können Schaumstoffe fast wie natürliche Werkstoffe behandelt und verarbeitet werden: Sie lassen sich durch Zergliedern in bestimmte Formen bringen, durch Bohrung passgenau machen, verkleben und manchmal sogar durch Verschmelzen zusammenfügen, ähnlich wie beim Schweißen. Außerdem lassen sich einige Schaumstoffe kaschieren, also zu mehreren Lagen verbinden, was sich günstig auf die Verpackungsqualität auswirkt. Spezielle Schaumstoffe können zudem antistatisch ausgerüstet werden (Beispiel: speziell rosa eingefärbte antistatische PE-Schäume) oder vor elektrostatischer Entladung (ESD) schützen. Damit erfüllen Schaumstoffe beste Voraussetzungen, um die sichere Lagerung von Gütern und deren optimalen Transport zu unterstützen; vor allem dann, wenn es sich um sehr Sensibles handelt. Empfindliche Früchte wie beispielsweise Nashi-Birnen oder exotische Papayas werden mit einem Netz aus PE-Schaum nicht nur optimal geschützt, zugleich wirken sie auch im Verkauf noch attraktiv verpackt. Die praktische Kartonbox mit aufgeklebtem PU-Schaum und Noppen schützt kleine Bauteile optimal für den Versand: eine Standardlösung für viele Produkte. Die weiße Hamburger-Box mit Klappdeckel aus Polystyrol-Schaum schließlich ist noch immer eine gefragte Umverpackung, um Fast Food appetitlich und attraktiv zu verpacken; die gute Wärmeleitfähigkeit der Schaumstoffe tritt hier positiv ergänzend hinzu. Schon diese drei Beispiele zeigen: Schaumstoffe sind ausgezeichnete Werkstoffe, um daraus hochwertige, ökonomisch wertvolle, häufig auch ökologisch verwertbare - und den umfassenden Transport-, Lager- und Verkaufsbedürfnissen entsprechende Verpackungen zu entwickeln: meist sogar maßgeschneidert!

Die Herstellung von Schaumstoffen

Hergestellt werden die Schaumstoffe durch physikalisches, chemisches oder mechanisches Schäumen, also durch Extrusion oder Spritzgießen, durch Treibmittel-Zusatz (Pulver, Granulat) oder durch Luft-Einrührung, Vernetzung oder Verfestigung an der Luft. Dabei entstehen je nach Grundstoff ganz unterschiedliche Schäume: geschlossenzellige Schaumstoffe (mit komplett verschlossenen Zellwänden; Beispiel: vernetzter PE-Schaum zur Auskleidung von Koffer-Einsätzen), offenzellige Schaumstoffe (mit unverschlossenen Wänden), die Flüssigkeiten aufnehmen können, gemischtzellige Schaumstoffe (mit offenen und geschlossenen Zellen), außerdem Integral-Schäume. Ein Schaumstoff, der schwer ist, muss nicht unbedingt fest sein. Vielen Schaumstoffen gemeinsam ist, dass sie sich relativ leicht zusammendrücken lassen. Expandiertes Polystyrol hingegen ist zäher. 

Polyethylen-Schaumstoff (PE-Schaum)

Polyethylen-Schaumstoff (PE-Schaum) ist ein geschlossenzelliger Werkstoff, der als Transportschutz sowie Verpackung bewährt ist; darunter zum Beispiel für technische, medizinische und pharmakologische Zwecke. Dafür spricht, dass PE-Schäume gängigen Säuren, Laugen und weiteren Chemikalien widerstehen. PE-Schäume zeichnen sich durch eine geringe Dichte, gute Wärme-Isolierung und klimatische Beständigkeit aus. Sie "altern" nur langsam, sind zugleich jedoch sehr schmiegsam (etwa als Stanz- und Formteile, Streifen, Zuschnitte, Platten) und sehr vielschichtig verwendbar. Polyethylenschäume sind vernetzt, unvernetzt und extrudiert erhältlich. Über die Vernetzung von PE-Schaum lassen sich dessen Merkmale vorteilhaft beeinflussen. Diese Art des Schaumes erweist sich als licht- und temperaturbeständig (ausgezeichnete Wärme- und Kälte-Isolation), aber auch als Empfehlung für die bessere Aufnahme von Lasten. Vernetzte PE-Schäume sind ideal für die Entwicklung von Mehrweg-Verpackungen. Da die vernetzten Schäume eine geschlossene Zellstruktur haben, kann keine Feuchtigkeit eindringen. Die Oberfläche des vernetzten PE-Schaumes - in mehreren Farbvarianten - ist glatt und regelmäßig, fein, optisch attraktiv und eine gute Ausgangsbasis für hochwertige Verpackungen. Immer dann, wenn Produkte ansprechend präsentiert werden sollen, gilt der feinporige PE-Schaum als erste Wahl: Schmuck, Werbepräsente (etwa Kugelschreiber) und Armbanduhren sind so wirkungsvoll gesichert.

Da PE-Schäume preiswert, aber wertvolle Hilfen bei der Absorption von Stößen sind, gelten die unvernetzten Erzeugnisse als Empfehlung für Verpackungen mit großem Volumen. Ihre Wirkung als "Stoßdämpfer" macht die unvernetzten PE-Schäume zur günstigen Alternative, wenngleich ihre Temperaturbeständigkeit nicht ganz der von vernetzten (aber teureren) PE-Schäumen entspricht. Neben dem Preis gilt die Recylingfähigkeit als größter Pluspunkt: Unvernetzte PE-Schäume können zu Granulat verarbeitet und erneut verwendet werden. 

Aufgeschmolzenes Polyethylen, das unter Hochdruck in einem Extruder mit einem Treibgas wie CO2 oder einem Lösemittel versetzt wird, bildet einen Schaumstoff, aus dem Formteile (und darüber hinaus zum Beispiel Platten, Zuschnitte, gestanzte und gefräste Teile) hergestellt werden, die als hervorragende Schutz- und Transport-Verpackungen gelten. Sensible Messgeräte oder optisch-elektronische Bauteile lassen sich in maßgerechten Formen aus extrudiertem PE-Schaum bestens sichern. Netze aus extrudiertem PE-Schaum schützen zum Beispiel exotische Früchte wie Papayas. 

PE-Schäume, die etwa in Zuschnitten, Konturenschnitten, Stanz- und Konstruktionsteilen, ergänzend antistatisch oder elektrisch leitfähig, zudem auch als selbstklebende Variante angeboten werden, sind wert- und wirkungsvolle Hilfen, die nicht nur als polsternde Einlagen in Kartons, Kisten und Behältern dienen. Zwar sind sie exzellente Polster, aber auch effiziente Zwischenlagen und Mittel des Kantenschutzes. Pharma- und Kosmetik-Verpackungen, Elektronik-Verpackungen und technisch-medizinische Verwendungszwecke umreißen den hohen Nutzen der effizienten Schäume. Gleiches gilt übrigens auch für PE-Schaumfolien, die vor allem als Umhüllung für empfindliche Elektro-Geräte und Bauteile bekannt sind. Sehr dünne Folien schützen zum Beispiel Displays vor Kratzern. Die PE-Schaumfolien sind etwa als Rollenware erhältlich, noch formbarer und universeller einsatzfähig im Vergleich zu den PE-Schäumen mit größerem Volumen.

Darum sind Verpackungslösungen aus PE-Schaum so beliebt:

  • PE-Schaum ist leicht zu verarbeiten und kann durch verschiedene Verfahren in maßgerechte Formen gebracht werden. Die attraktive und homogene Oberfläche weist Schmutz ab. 
  • PE-Schaum absorbiert Energie und wirkt als "Stoßfänger".
  • PE-Schaum schützt Güter vor Temperatureinflüssen und ist kaum für Feuchtigkeit durchlässig. Chemisch sind die Schäume neutral und widerstandsfähig gegenüber vielen gängigen Chemikalien.
  • PE-Schaum sichert das Transportgut vor Verrutschen, insbesondere aber auch vor Kratzern. 
  • PE-Schaum empfiehlt sich für sensible Güter, die etwa durch passgenaue Formteile auch exzellent zu sichern sind. Optional antistatische oder elektrisch leitfähige Schaumstoffe erweitern den Einsatzbereich, etwa auf empfindliche Elektronik.

Polyurethan-Schaumstoff (PU-Schaum)

Polyurethan-Schäume sind in weichen, halbharten und harten Varianten erhältlich; für Verpackungen interessant sind jedoch einzig PU-Weichschäume (auch als PUR-Weichschäume bezeichnet). Weichschaum ist offenzellig, das heißt: Die Zellwände des Schaumstoffes sind nicht geschlossen, also aufnahmefähig für Feuchtigkeit, aber auch gut luftdurchlässig (eher vorteilhaft). Weichschäume aus Polyurethan können leicht und reversibel verformt werden, weil sie dauerhaft elastisch sind. Sie eignen sich insbesondere für Produkte mit geringem Gewicht, haben selbst ein sehr geringes Eigengewicht (im Transport immer ökonomisch vorteilhaft) und bleiben doch extrem elastisch in der Anwendung - sogar bei großen Temperatur-Unterschieden. Spezielle Schäume sind antistatisch oder elektrisch leitfähig ausgerüstet. Je höher die Kraft ist, die auf das verpackte Gut einwirkt, desto mehr absorbiert der PUR-Weichschaum diese Kraft: Das Packgut bleibt bestens geschützt; daher eignet sich Polyurethan-Schaum gerade für empfindliche Güter, etwa aus Glas. Vorgeformte Teile können hilfreich sein; darüber hinaus gibt es verschiedene PU-Weichschäume, die sich in Farbe, Dichte und Verformbarkeit unterscheiden und so den multiplen Verpackungsanforderungen von Produkten entsprechen.

Das Innovationspotenzial von Polyurethan ist außerordentlich hoch. So gibt es auch Verpackungsschäume in unterschiedlichen Härtegraden, die sich direkt am Einsatzort aus zwei Komponenten expandieren lassen. Es bilden sich polsternde Kissen, die das Transportgut schützend umschließen; maßgerecht, bei Bedarf auch lückenlos, um etwa einen Transportkarton auszufüllen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Diese Vorgehensweise ist effizient, platzsparend und kann jederzeit angewendet werden. Die Transport- bzw. Verpackungsgüter bleiben optimal gesichert, jederzeit arretiert und ökonomisch zu handhaben. Der Materialaufwand ist minimal - bei maximaler Wirkung. 

Deshalb sind PU-Weichschäume für Verpackungen interessant:

  • Der PU-Schaum (auch als PUR-Schaum bezeichnet) ist vor allem für leichte Packgüter empfehlenswert, weil Stöße gut absorbiert und Erschütterungen gedämpft werden. 
  • Der weiche offenzellige PU-Schaum bleibt anpassungsfähig und dauerhaft elastisch, wobei Temperaturunterschiede keine große Rolle spielen. Allerdings ist der PU-Schaum lichtempfindlich, was zu Vergilben führen kann, und durch die offenzellige Struktur nicht gänzlich vor Feuchtigkeit geschützt. 
  • PU-Schaum enthält einen hohen Luftanteil, ist extrem schmiegsam und sehr gut komprimierbar. Der weiche und elastische Schaum wiegt sehr wenig, was ihn unter wirtschaftlichen Aspekten zum Ideal-Kandidaten für Transportverpackungen macht.
  • PU-Schaum ist gegenüber diversen Gasen unempfindlich, ein idealer Stoß-, Vibrations- und Oberflächenschutz, aber auch als Einlage in Transportbehältern optimal. Spezielle Ausrüstungen (antistatische oder elektrisch leitfähige Eigenschaft) erweitern die Einsatzmöglichkeiten. 
  • Polyurethan kann als Verpackung direkt aufgesprüht oder als Packhilfsmittel in Hohlräume von Kartons eingespritzt werden: vor Ort.

Polystyrol-Schaumstoff (PS-Schaum)

Polystyrol ist ein glasklarer Kunststoff, der insbesondere für Lebensmittel-Verpackungen gerne genutzt wird: Er zeichnet sich durch eine hervorragende Oberflächen-Beschaffenheit, eine gute Beständigkeit gegen Säuren und Laugen (bei niedriger Konzentration), Widerstandsfähigkeit gegen Öle und Fette, aber eben auch die ausgezeichnete Durchlässigkeit für Licht aus. Als Verpackung für Präsentationszwecke ist Polystyrol also sehr gut geeignet; Lebensmittel können hochwertig in den Verkauf gelangen. Doch Polystyrol gibt es auch in geschäumter Form: Diese wird als "PS-E - Polystyrol expanded" oder "EPS - expandiertes Polystyrol" bezeichnet. Am geläufigsten ist gewiss der Marken- und Handelsname Styropor(r), doch ist der äußerst bekannte Hartschaum auch unter anderen Namen auf dem Markt. Das Interessante ist: EPS existiert in unterschiedlichen Typ-Varianten, die je nach gewünschten Eigenschaften extrem vielgestaltig für standardisierte Verpackungen und Individualverpackungen genutzt werden können: EPS-Schäume lassen sich so nach der Masse ihres Volumens, der Isolier-Fähigkeit, der Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit und nach der Festigkeit diversifizieren. Dies ermöglicht bereits viele individuelle Verpackungen. Doch vollends multifunktionell einsetzbar wird der Hartschaum dadurch, dass "Perlen" aus geblähtem Polystyrol zunächst unverbunden existieren, unter Heißdampf aber zu allen erdenklichen und erwünschten dreidimensionalen Formen verbunden werden.

Expandiertes Polystyrol (EPS-Schaum)

Eigentlich ist expandiertes Polystyrol ein Schaum, der als robuster Dämmstoff bekannt ist. Die ausgezeichnete Dämmung entsteht dadurch, dass die aufgeblähten Zellen des Grundstoffes (Polystyrol) am Ende mit Luft gefüllt sind, wobei die charakteristischen "Schaumperlen" entstehen, die man von "Styropor(r)" kennt. Die Herstellung der bekannten weißen "Schaumperlen" erfolgt über einen Zwischenschritt mit expandierbarem Polystyrol, einem Granulat aus glasähnlichen kleinen Kügelchen, in das bereits ein Treibgas eingebunden ist. Durch den Einsatz von heißem Dampf expandiert das Granulat. Es bilden sich deutlich größere Kügelchen (die "Schaumperlen"), die bis zum Fünfzigfachen des ursprünglichen Volumens aufgebläht sind. Die unverbundenen (expandierten) Kügelchen können unter Heißdampf sicher "verschweißt" werden. Sie bilden, wenn dies in vorgefertigten Formen geschieht, den typisch leichten Hartschaum-Verbund aus, wobei das ursprüngliche Treibgas entweicht und durch Luft ersetzt wird. Im Resultat besteht EPS-Hartschaum zu etwa 98 Prozent aus Luft und nur zu etwa 2 Prozent aus Polystyrol-Material. Gerade das enorme Bläh-Vermögen bis zum Fünfzigfachen der ursprünglichen Größe macht den Hartschaum zu einem der gefragtesten und im Verhältnis von Preis und Leistung sehr günstigen Verpackungsmaterial. Doch gibt es weitere fast unschlagbare Eigenschaften, die EPS auszeichnen. 

Darum lassen sich EPS-Verpackungen besonders wirtschaftlich und flexibel nutzen:

  • Expandiertes Polystyrol ist als Hartschaum äußerst leicht, dabei hält dieser sehr gut die Form. Die entwickelten Verpackungen bleiben auch unter Druck-Einwirkung robust und können (je nach Konstruktion) sogar gestapelt werden. 
  • EPS-Schaum absorbiert Stöße sehr gut, sodass dieser sich auch zur Verpackung empfindlicher Güter eignet, darunter zum Beispiel Elektronik. Produkte und deren Kanten werden von entsprechend konstruierten Formen hervorragend umschlossen und für die Lagerung, den Transport und den Verkauf gesichert. 
  • Expandiertes Polystyrol ist als Schaum ein ausgezeichnetes Isoliermaterial, weshalb es als Dämmstoff verwendet wird, in der Verpackungsindustrie aber beispielsweise für Lager- und Transportboxen gefragt ist, um Lebensmittel aufzunehmen. Der Hartschaum leitet Wärme nur sehr gering; die in EPS-Boxen befindlichen Waren bleiben während des Transportes länger appetitlich und frisch (Beispiel: tiefgekühlte Convenience-Torte) oder für den Verzehr temperiert (Beispiel: Pizza vom Lieferservice). Positiv wirkt sich aus, dass der EPS-Schaum zugleich bei Feuchtigkeit beständig und jederzeit hygienisch bleibt. Darüber hinaus gilt EPS als unbedenklich für die Gesundheit, also auch für Lebensmittel geeignet. Der Transport von tiefgekühlten oder gekühlten Produkten ist kurzzeitig sogar bei Umgebungstemperatur möglich. Transportieren lassen sich auf diese Weise nicht nur temperaturempfindliche Lebensmittel, sondern auch sensible Pharma- und Biotechnologie-Produkte (so etwa Impfstoffe und Laborproben), aber auch zahllose elektronische Geräte und Haushaltsgeräte (Beispiele: Laptop, Flachbildfernseher, Kühlschrank, Waschmaschine).
  • EPS-Schaum muss nicht eigens montiert werden; passgenaue Verpackungen lassen sich jederzeit vorproduzieren. Dadurch, dass expandierbares Polystyrol zu unverbundenen "Schaumperlen" gebläht und diese zu praktisch allen erdenklichen Formen durch Heißdampf verbunden werden können, haben Verpackungsdesigner fast freie Hand, um individuelle Formen zu schaffen. Darüber hinaus kann das Verpackungsmaterial auch mit einer Thermosäge geschnitten und optimal bearbeitet werden, gerade bei geringen Stückzahlen.
  • Die wichtigsten Gründe aber, die für EPS-Schäume als Verpackung sprechen, sind hohe ökonomische und ökologische Vorteile: Der Hartschaum ist nicht nur widerstandsfähig, äußerst weitgespannt zu gebrauchen, dabei sogar noch ein ausgesprochenes "Leichtgewicht", sondern überaus preisgünstig. Das Meiste ist einfach nur Luft: Deshalb kann EPS-Hartschaum auch zu 100 % recycelt werden. Und weil das noch nicht genug ist, lassen sich EPS-Schäume auch in zahlreichen Farbvarianten herstellen, wenngleich weißer Schaum sicher die bekannteste Variante ist. 
  • Vorteilhaft wirkt sich aus, dass der Hartschaum gegen chemische Substanzen relativ beständig ist. Nur wenige Chemikalien vertragen sich nicht mit dem sehr gut polsternden Schaum (darunter Benzin und Diesel, organische Lösungsmittel und Schwefelsäure, die EPS-Schaum "zerfressen"). Da EPS weitgehend gegen Feuchtigkeit resistent ist, können daraus sogar Verpackungen entwickelt werden, die für feuchtwarme Gebiete der Erde geeignet sind. Damit gewinnt EPS auch den Pluspunkt für eine gute Schutzfunktion.
  • Obwohl die luftigen Verpackungen aus EPS-Schaum mit wenig Feststoff (expandierbarem Polystyrol) auskommen, sind die voluminösen und passgenau fertigbaren Packmittel doch sehr schlagfest.

Expandiertes Polypropylen (EPP-Schaum)

Extrem empfindliche Güter und deren ebenso sensible Oberflächen schützt ein moderner Schaumstoff: EPP. Dabei handelt es sich um expandiertes Polypropylen, das eine geschlossenzellige Struktur bildet, die folglich formbar, zugleich aber sehr gut vor Feuchtigkeit geschützt ist. Formteile, zum Beispiel für sehr empfindliche Güter der Unterhaltungselektronik, Thermobehälter, Mehrwegverpackungen und vor allem Ladungsträger werden aus EPP mittels automatischer Prozesse geformt (Verarbeitung der Schaum-Perlen im Formteilautomat unter Wasserdampf), oft in fast beliebigen Umrissen und Dimensionen, ganz wie es der Verpackungszweck erfordert. EPP-Ladungsträger sind sehr stabile, mehrfach verwendbare Behälter, um elektronische oder technische Bauteile ideal zu befördern. Der Schutz des Transportgutes steht an erster Stelle; deshalb wirkt sich günstig aus, dass der Partikelschaum von außen einwirkende Energie absorbiert. Außerdem sind Ladungsträger aus EPP-Schaum eher leicht und stapelfähig. 

Doch der thermoplastische Kunststoff, der aus unvernetzten Partikeln gebildet wird, kann mehr: 

  • Sobald äußere Kräfte entfallen, die auf den Kunststoffschaum wirken, kehrt dieser immer wieder in seine ursprüngliche Form zurück. Schon dadurch "schluckt" der Kunststoffschaum einwirkende Energie.
  • Selbst bei hohen Temperaturen bleibt EPP-Schaum beständig. Wärme leitet der Kunststoffschaum - ähnlich wie EPS-Schaum - nur sehr gering, sodass Verpackungen entwickelt werden können, die verpackte Güter hervorragend thermisch isolieren. 
  • Viele Form-Varianten sind möglich: EPP-Schaum kann zu individuellen Verpackungslösungen verarbeitet und fast unbeschränkt entwickelt werden. Die Dichte des Partikelschaumes lässt sich steuern, was Formteile ermöglicht, die auch speziellen Ansprüchen genügen. 
  • EPP-Schaum besteht aus organischen Komponenten (Wasserstoff, Kohlenstoff), wobei Lufteinschlüsse für den Bläh-Effekt und die Ausbildung von "Perlen" sorgen: chemisch unproblematisch. 
  • Die EPP-Schaumperlen - aus denen vorzugsweise Mehrweg-Transportverpackungen, Ladungsträger und Verpackungen für empfindliche Güter entstehen - sind beständig, doch ebenso leicht. Dabei ist der Herstellung von EPP-Verpackungen relativ preisgünstig im Vergleich zu dem, was sie - nicht nur als langlebige Mehrweglösung - zu leisten vermögen.
  • PP-Granulat kann standardmäßig im Autoklaven (gasdicht verschließbarer Überdruckbehälter) zu EPP geschäumt werden (meist grauer oder weißer Schaum) oder im Extruder (Fördergerät, das die zähe Schmelze unter Hochdruck und -Temperatur durch eine Düse presst und zerteilt) zu den typischen Perlen verarbeitet werden, wobei dies die Ausgangsbasis für mehr Farbvarianten bei Formteilen und eine höhere Beständigkeit gegenüber Temperaturen ist. Die zunächst losen Teilchen (Partikel) werden unter Druck zu Formteilen verbunden (Partikelschaum). Heißer Dampf erweicht die Partikel, sodass diese "verkleben" und die gewünschte Form bilden.
  • EPP ist so geschmeidig, dass kleinste Formdetails berücksichtigt werden können: Das ist eine sehr gute Ausgangsbasis für moderne Verpackungslösungen, die nicht allein funktional gewinnend entwickelt sind, sondern im Idealfall auch noch eine ausgezeichnete Haptik und Optik haben.