Sideainekonseptin vaikutus kartongin jatkojalostettavuuteen
Peippo, Matti (2016)
2016
Ympäristö- ja energiatekniikan koulutusohjelma
Luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-02-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201601221021
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201601221021
Tiivistelmä
Polymeereillä päällystetty kartonki on elintarvikkeiden pakkaamisessa yleisesti käytetty materiaali. Sen tarkoitus on suojata elintarvikkeita estämällä haitallisen aineiden siirtyminen pakkauksen ja ympäristön välillä. Dispersiopäällystys on yksi menetelmä valmistaa edellä mainittu päällyste. Päällystetystä kartongista leikataan pakkaajalle toimitettavat koteloaihiot stansseilla, jotka samalla nuuttaavat kartonkiin taivutuksen mahdollistavat urat. Nuuttauksen aiheuttama kuormitus saattaa aiheuttaa päällysteeseen murtumia, jotka heikentävät materiaalin barrierominaisuuksia.
Työn tavoitteena oli parantaa dispersiopäällystykseen kehitetyn sideaineen kestävyyttä jatkojalostuksessa. Työssä selvitettiin mitkä tekijät vaikuttavat dispersiopäällysteen murtumiseen ja miten sitä voidaan estää. Kirjallisuusosassa käsiteltiin yleisesti elintarvikkeiden pakkaukselle asettamia vaatimuksia ja käytiin läpi kartongin päällystykseen käytettyjä termoplastisia polymeerejä ja niiden ominaisuuksia. Myös nuuttausprosessi kuvattiin yksityiskohtaisesti. Päällysteen jatkojalostettavuuden todettiin riippuvan päällysteen plastisuudesta. Tähän vaikuttavat päällysteessä käytetyt sideaineet ja päällystettä jäykistävät täyte- ja lisäaineet.
Työn kokeellisessa osiossa tutkittiin 19:sta erilaista dispersiota, jotka pohjautuivat poly(styreeni-co-(n-butyyliakrylaatti)) kopolymeeriin. Pohjana käytettiin esikäsittelemätöntä linerkartonkia ja päällystysmenetelmänä filminsiirtopäällystystä. Nuutatut näytteet värjättiin ja niistä laskettiin murtumien määrä. Näytteistä mitattiin myös Cobb-veden absorptio, vesihöyryn, hapen ja heksaanihöyryn läpäisy sekä nuuttausurien rasvankesto. Päällysteiden takertuvuutta pigmenttitaustaan tutkittiin korotetussa lämpötilassa ja paineessa. Näiden pohjalta voitiin arvioida miten päällysteen muokkaaminen paremmin nuutausta kestäväksi vaikutti sen suojausominaisuuksiin.
Mittaustuloksista voitiin päätellä päällysteeseen syntyvien nuuttausmurtumien johtuvan polymeerin liian korkeasta lasittumislämpötilasta sekä steerisen stabilaattorin aiheuttamasta plastisuuden heikentymisestä. Parhaiten nuuttausta kestävä päällyste saatiin vaihtamalla sideainekonseptissa käytetty stabilaattori toiseen hieman samankaltaiseen yhdisteeseen. Nuuttausmurtumien määrä saatiin minimoitua myös laskemalla sideaineen lasittumislämpötilaa.
Dispersion stabilaattorin vaihtaminen paransi päällysteen barrierominaisuuksia lukuunottamatta hapen läpäisyä. Polymeerin lasittumislämpötilan laskemisella oli barrierominaisuuksia hieman heikentävä vaikutus. Rasvankestoa tämä kuitenkin paransi nuuttausmurtumien vähentymisen vuoksi.
Työn tavoitteena oli parantaa dispersiopäällystykseen kehitetyn sideaineen kestävyyttä jatkojalostuksessa. Työssä selvitettiin mitkä tekijät vaikuttavat dispersiopäällysteen murtumiseen ja miten sitä voidaan estää. Kirjallisuusosassa käsiteltiin yleisesti elintarvikkeiden pakkaukselle asettamia vaatimuksia ja käytiin läpi kartongin päällystykseen käytettyjä termoplastisia polymeerejä ja niiden ominaisuuksia. Myös nuuttausprosessi kuvattiin yksityiskohtaisesti. Päällysteen jatkojalostettavuuden todettiin riippuvan päällysteen plastisuudesta. Tähän vaikuttavat päällysteessä käytetyt sideaineet ja päällystettä jäykistävät täyte- ja lisäaineet.
Työn kokeellisessa osiossa tutkittiin 19:sta erilaista dispersiota, jotka pohjautuivat poly(styreeni-co-(n-butyyliakrylaatti)) kopolymeeriin. Pohjana käytettiin esikäsittelemätöntä linerkartonkia ja päällystysmenetelmänä filminsiirtopäällystystä. Nuutatut näytteet värjättiin ja niistä laskettiin murtumien määrä. Näytteistä mitattiin myös Cobb-veden absorptio, vesihöyryn, hapen ja heksaanihöyryn läpäisy sekä nuuttausurien rasvankesto. Päällysteiden takertuvuutta pigmenttitaustaan tutkittiin korotetussa lämpötilassa ja paineessa. Näiden pohjalta voitiin arvioida miten päällysteen muokkaaminen paremmin nuutausta kestäväksi vaikutti sen suojausominaisuuksiin.
Mittaustuloksista voitiin päätellä päällysteeseen syntyvien nuuttausmurtumien johtuvan polymeerin liian korkeasta lasittumislämpötilasta sekä steerisen stabilaattorin aiheuttamasta plastisuuden heikentymisestä. Parhaiten nuuttausta kestävä päällyste saatiin vaihtamalla sideainekonseptissa käytetty stabilaattori toiseen hieman samankaltaiseen yhdisteeseen. Nuuttausmurtumien määrä saatiin minimoitua myös laskemalla sideaineen lasittumislämpötilaa.
Dispersion stabilaattorin vaihtaminen paransi päällysteen barrierominaisuuksia lukuunottamatta hapen läpäisyä. Polymeerin lasittumislämpötilan laskemisella oli barrierominaisuuksia hieman heikentävä vaikutus. Rasvankestoa tämä kuitenkin paransi nuuttausmurtumien vähentymisen vuoksi.