Heißsiegelung

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Heißsiegelung ist ein thermisches Fügeverfahren, bei dem thermoplastische Packstoffe unter der Einwirkung von Wärme, Anpressdruck und Zeit an ihrer Kontaktfläche aufgeschmolzen und nach dem Abkühlen dauerhaft miteinander verbunden werden. Das Verfahren verschließt Beutel, Deckelfolien auf Bechern und Schalen sowie Schlauchbeutelverpackungen und zählt zu den am häufigsten eingesetzten Verschlussverfahren der Verpackungsindustrie. Im Englischen wird der Vorgang als heat sealing bezeichnet.

Die drei Parameter der Heißsiegelung: Temperatur, Druck, Zeit

Siegelzeit, Siegeldruck und Siegeltemperatur sind die drei Parameter, die gemeinsam die Ausbildung und Festigkeit der Siegelnaht bestimmen. Ihr Zusammenspiel ergibt das sogenannte Siegelfenster: den Bereich zwischen einer zu kalten oder zu kurzen Einstellung, die eine zu schwache Naht liefert, und einer zu heißen oder zu langen Einstellung, die den Packstoff verformt, perforiert oder verfärbt. Bei Schlauchbeutelverpackungen wie Flow-Packs oder Kissenbeutel entstehen so unter dem Zusammenwirken von Zeit, Anpressdruck und Temperatur die Längs- und Quernähte des Beutels.

Wie eng dieses Fenster ausfällt, hängt von der Siegelschicht ab. Rechnerisch, nach dem sogenannten Reptationsmodell für die Diffusion von Polymerketten über die Grenzfläche, ergäbe sich eine mechanisch besonders stabile Siegelzeit erst nach mehreren zehn Sekunden; in der Praxis genutzte Siegelzeiten liegen dagegen nur bei wenigen Sekunden, da Verpackungsmaschinen auf hohen Durchsatz ausgelegt sind. Moderne Siegelschichten kompensieren das mit einem bewusst breiten Temperaturfenster: Bei siegelfähigen Papierbeschichtungen wie Koehler NexPlus liegt die optimale Siegeltemperatur je nach Verpackungsmaschine zwischen 110 °C und 200 °C.

Siegelschichten im Vergleich: PE, PP und Ionomer

Die eigentliche Verbindung entsteht nicht im Trägermaterial der Verpackung, sondern in einer dünnen, gezielt aufgebrachten Siegelschicht. Am weitesten verbreitet sind Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP); für anspruchsvollere Anwendungen kommen Ionomere zum Einsatz.

Werkstoff	Schmelzbereich	Siegelverhalten	Typische Anwendung
PE-LD (Low Density)	ca. 85–125 °C	Niedrige Siegeltemperatur, guter Hot Tack, wirtschaftlicher Standard	Beutel, Verbundfolien, Extrusionsbeschichtung
PE-HD (High Density)	ca. 130–140 °C	Höher schmelzend, formstabiler als PE-LD	Kanister, Deckel, festere Verpackungen
PP (Polypropylen)	bis ca. 171 °C (rein isotaktisch)	Deutlich höherer Schmelzbereich, mono-materialfähig mit PP-Bechern	Becher-Deckelfolien, heißabfüllbare Verpackungen
Ionomer (z. B. Surlyn)	niedriger als PE-HD, breites Siegelfenster	Siegelt auch durch Verunreinigungen (Fett, Feuchte), hohe Nahtfestigkeit, gute Haftung zu Aluminium	Vakuumverpackung Fleisch/Fisch, Aluminiumverbund, Medizinprodukte

Ionomere wie Surlyn sind Ethylen-Methacrylsäure-Copolymere, deren Kettenmoleküle über Natrium- oder Zink-Ionen vernetzt sind; diese ionischen Bindungen lösen sich bei Verarbeitungstemperatur reversibel und bilden sich beim Abkühlen neu. Dadurch lässt sich bei niedrigerer Temperatur und über ein breiteres Prozessfenster sicher siegeln als mit reinem PE – ein Vorteil, wenn die Fügezone durch Produktreste verunreinigt ist, etwa bei vakuumverpacktem Fleisch oder Fisch.

Ein Anwendungsbeispiel aus der Praxis sind heißsiegelfähige Aluminiumverbundbeutel im Format 50 × 70 mm oder größer im Format 90 × 130 mm: Eine Aluminiumfolie mit innenliegender, siegelfähiger Kunststoffbeschichtung – häufig auf PE- oder Ionomerbasis – schützt das Füllgut vor Feuchtigkeit, Licht und Sauerstoff und lässt sich dennoch heißsiegeln, weil gezielt nur die Kunststoffschicht aufschmilzt, nicht die Aluminiumfolie selbst.

Siegelnahtfestigkeit prüfen

Ob eine Siegelnaht hält, wird nicht geschätzt, sondern gemessen. Nach DIN 55529 wird die Siegelnahtfestigkeit an 15 mm (bzw. 1 Zoll) breiten Prüfstreifen im Zugversuch ermittelt; die Norm deckt einen Prüftemperaturbereich von -40 °C bis +120 °C ab und bewertet neben festen Siegelnähten auch Peel-, Kaltsiegel- und Wiederverschluss-Ausführungen. Je nach Nahttyp wird entweder die maximale Kraft oder die mittlere Kraft über eine definierte Länge ausgewertet, dazu das Bruchbild: Reißt der Packstoff, löst sich die Naht sauber ab, oder versagt sie unkontrolliert? International verbreitet ist als Alternative die Abziehprobe nach ASTM F88/F88M.

Peelnaht oder Schweißnaht?

Ob eine Verbindung als Siegelnaht oder als Schweißnaht bezeichnet wird, hängt vom Packstoff ab. Bei einem Monomaterial aus reinem PP oder PE spricht man von Schweißen; die Prozesstemperatur liegt dabei bei rund 80 °C, weil das gesamte Material durchgehend aufgeschmolzen wird. Bei mehrschichtigen Folien mit Trägerstoff und dünner thermoplastischer Beschichtung – etwa dem oben beschriebenen Aluminiumverbund – spricht man dagegen von Siegeln; die Temperatur liegt hier mit rund 200 °C deutlich höher, weil gezielt nur die Beschichtung aufschmelzen soll, ohne den Trägerstoff zu beschädigen.

Innerhalb der Siegelnähte unterscheidet man zusätzlich zwischen einer festen, dauerhaften Naht und einer Peelnaht, wie sie etwa bei Siegelrandbeuteln zum Einsatz kommt: Eine Peelfolie erzeugt eine definierte Abziehkraft, die eine reproduzierbare, gleichmäßige Öffnung ermöglicht, ohne dass der Packstoff einreißt oder Fasern zurückbleiben. Typischer Aufbau ist eine Trägerschicht aus PET oder OPP mit einer Peelschicht aus PE, PP oder speziellen Copolymeren. Entscheidend ist die Rissausbreitung beim Öffnen: Läuft sie kontrolliert entlang der Grenzfläche der Siegelschicht (interlaminar), öffnet die Naht sauber; propagiert der Riss stattdessen quer durch den Nahtquerschnitt (translaminar), versagt die Naht unkontrolliert und vorzeitig.

Abgrenzung zur Induktionsversiegelung

Heißsiegelung und Induktionsversiegelung werden häufig verwechselt, funktionieren aber grundlegend unterschiedlich. Bei der Heißsiegelung stellen beheizte Siegelbacken direkten Kontakt zur Fügezone her, der Anpressdruck kommt von der Maschine selbst. Die Induktionsversiegelung dagegen arbeitet berührungslos: Ein elektromagnetisches Feld erzeugt Wirbelströme in einer Aluminium-Siegeleinlage im Verschluss, die sich dadurch erwärmt und mit dem Behälterrand verschmilzt. Den nötigen Anpressdruck liefert hier nicht die Siegelmaschine, sondern der bereits aufgeschraubte Deckel über sein Gewinde.

Verfahren	Funktionsprinzip	Typische Anwendung
Heißsiegeln	Direkter Kontakt beheizter Siegelbacken	Beutel, Deckelfolien, Schlauchbeutel
Induktionsversiegeln	Berührungslos, elektromagnetisch erwärmte Aluminiumeinlage	Schraubverschlüsse bei Getränken, Pharma, Chemie
Ultraschallsiegeln	Hochfrequente mechanische Schwingung, lokale Reibungswärme	Medizinprodukte, Vliesstoffe, technische Textilien
Hochfrequenzsiegeln	Elektromagnetische Erwärmung polarer Kunststoffe (z. B. PVC)	Blut-/Infusionsbeutel, Blisterverpackungen
Kaltsiegeln	Spezialbeschichtung haftet bereits unter Druck, ohne Wärmezufuhr	Temperaturempfindliche Produkte wie Schokolade

Für Kunststoffverpackungen eignet sich die Induktionsversiegelung neben PP und PE auch für PET, PVC, PS oder ABS und lässt sich zusätzlich auf Glasflaschen einsetzen.

Häufig gestellte Fragen

Was versteht man unter Heißsiegelung in der Verpackungsindustrie?

Heißsiegelung ist ein thermisches Fügeverfahren, bei dem die Siegelschicht zweier Packstoffe unter Wärme, Anpressdruck und Zeit aufgeschmolzen und nach dem Abkühlen dauerhaft verbunden wird. Es ist eines der am häufigsten genutzten Verschlussverfahren für Beutel, Deckelfolien und Schlauchbeutelverpackungen.

Welche Materialien werden häufig für Heißsiegelverpackungen verwendet?

Am häufigsten kommen Polyethylen (PE-LD und PE-HD) und Polypropylen (PP) als Siegelschicht zum Einsatz. Für anspruchsvollere Anwendungen wie vakuumverpacktes Fleisch oder Aluminiumverbund werden Ionomere wie Surlyn eingesetzt, die bei niedrigerer Temperatur und über ein breiteres Fenster sicher siegeln.

Was ist der Unterschied zwischen Heißsiegelung und Induktionsversiegelung?

Bei der Heißsiegelung stellen beheizte Siegelbacken direkten Kontakt zur Fügezone her. Die Induktionsversiegelung arbeitet dagegen berührungslos über ein elektromagnetisches Feld, das eine Aluminium-Siegeleinlage im Verschluss erwärmt; der Anpressdruck kommt hier vom aufgeschraubten Deckel, nicht von Siegelbacken.

Was unterscheidet eine Peelnaht von einer Schweißnaht?

Eine Schweißnaht entsteht bei einem Monomaterial aus reinem PP oder PE, das komplett aufgeschmolzen wird. Eine Peelnaht dagegen nutzt eine Peelschicht mit definierter Abziehkraft, die sich kontrolliert und reproduzierbar von Hand öffnen lässt, ohne dass die Naht reißt oder ausfranst.

Wie wird die Siegelnahtfestigkeit geprüft?

Die gängige Prüfmethode in Europa ist DIN 55529: An 15 mm breiten Prüfstreifen wird im Zugversuch die maximale oder mittlere Abzugskraft sowie das Bruchbild der Naht ermittelt. International wird alternativ häufig nach ASTM F88/F88M geprüft.