Dicht und steril im Doppelpack

RUBIN 1/06: Plasma-Sterilisation von PET-Flaschen

Da wird die altbewährte Glasflasche gerade durch die Plastikflasche abgelöst und nun soll wieder Glas als dünne Schicht den Kunststoff undurchlässig gegenüber Gasen machen. Plasmaforscher um Prof. Dr.-Ing. Peter Awakowicz (Allgemeine Elektrotechnik und Plasmatechnik) sehen darin keinen Widerspruch. In einem eigens dafür entwickelten Plasmareaktor kombinieren sie zudem die Beschichtung mit einer Sterilisation zu einem umweltfreundlichen Gesamtprozess.

Getränkehandlungen und Supermärkte hat sie längst erobert und auch Getränkehersteller setzen zunehmend auf die unzerbrechliche und leichte Alternative zur herkömmlichen Glasflasche: In der sog. PET-Flasche (PET: Polyethylenterephthalat) findet sich inzwischen bei einigen Discountern selbst Bier. Warum war es vor kurzem noch undenkbar, vitaminhaltige Säfte oder Bier in PET-Flaschen abzufüllen? Die Begründung ergibt sich aus den Eigenschaften des Werkstoffs Polyethylenterephthalat. PET bietet keine ausreichende Barriere gegenüber Gasen, sondern ermöglicht den Stofftransport durch die Behälterwand. Das führt dazu, dass Sauerstoff in die Flasche eindringen und Kohlensäure (Kohlenstoffdioxid) aus dem Getränk entweichen kann. Da viele Vitamine äußerst empfindlich gegenüber Sauerstoff sind, können schon geringe Mengen die Mindesthaltbarkeit drastisch einschränken, zudem leiden Geschmack, Vitamin- und Kohlensäuregehalt des Getränks.
Damit PET-Flaschen auch bei empfindlichen Getränken eine akzeptable Mindesthaltbarkeit ermöglichen, haben Bochumer Plasmaforscher jetzt ein Verfahren entwickelt, mit dem sie mit Hilfe eines Niederdruckplasmas PET-Flaschen von innen mit Siliziumdioxid beschichten. Die Flaschen erhalten quasi eine hauchdünne Glasschicht in Nanometerstärke. Dem dient ein in Kooperation mit einem Industriepartner speziell für die Geometrien von PET-Flaschen konstruierter Plasmareaktor. Innerhalb der Flasche zünden die Forscher ein Plasma, in dem dann chemische Reaktionen ablaufen, die zu einer Innenbeschichtung der PET-Flasche führen.

Bakterien abtöten

Neben der Barrierebeschichtung lassen sich mit Hilfe von Plasmen aber auch Bakterien abtöten. Im Gegensatz zur herkömmlichen könnte mit dieser Plasma-Sterilisation auf toxische Substanzen, etwa Wasserstoffperoxid oder Peressigsäure, verzichtet werden. Die Kombination von Prozessschritten ist ein Vorzug der Plasmatechnik, den die Forscher hier nutzen wollen. Wo heute noch eine Beschichtungsanlage und ein herkömmlicher Sterilisator benötigt werden, soll zukünftig nur eine Maschine wesentlich umweltfreundlicher im Einsatz sein.

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Was ist ein Plasma?

Wird einem Stoff Energie zugeführt, so geht er in den nächsten energetisch höheren Aggregatzustand über. So schmilzt etwa Eis bei Erwärmung und wird bei weiterer Energiezufuhr gasförmig. In diesen drei Zuständen bleiben die Atome und Moleküle unversehrt. Erst bei weiterer Energiezufuhr kommt es durch Stoßprozesse zur Anregung und schließlich zur Ionisation. Im Gas entstehen geladene Atome und Moleküle sowie Elektronen. Wenn solche ionisierten Komponenten in einem bestimmten Umfang vorliegen, spricht man von einem Plasma.
Technische Plasmen lassen sich zur Lichterzeugung, Oberflächenaktivierung, Beschichtung oder zum Ätzen nutzen. Sie werden vor allem in der Mikroelektronik etwa bei der Herstellung von Mikroprozessoren, Speicherbausteinen oder anderen komplexen Halbleiterbauelementen eingesetzt. Während sog. Hochdruckplasmen in Xenonlampen Temperaturen von mehreren tausend Grad Celsius erreichen, lassen sich Plasmen auch bei Raumtemperatur erzeugen (Niedertemperaturplasmen). Diese eignen sich besonders für die Behandlung von Kunststoffen oder anderen temperaturempfindlichen Materialien.