Lämpömuovattavan polypropeenilevyn valmistuksessa käytettävät lisäaineet
Dogan, Ceren (2017)
2017
Materiaalitekniikka
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-06-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705261544
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705261544
Tiivistelmä
Polypropeeni on yksi käytetyimmistä muoveista elintarvikepakkausten valmistuksessa. Polypropeenin perusominaisuudet yksinään eivät aina ole riittäviä täydentämään kaikkia elintarvikepakkaukselle asetettuja vaatimuksia. Näin ollen lisäaineiden käyttö on merkittävässä roolissa, kun halutaan muokata polypropeenin ominaisuuksia. Tässä diplomityössä tutkitaan lämpömuovattavan polypropeenilevyn valmistuksessa käytettäviä lisäaineita, joilla polypropeenin prosessoituvuutta, levyn lämpömuovausta ja valmistettujen tuotteiden ominaisuuksia pyritään parantamaan. Työn tavoite oli luoda selvitys potentiaalisista lisäaineista ja valita näistä parhaimmat vaihtoehdot kohdeyrityksen tavoitteiden toteuttamiseksi.
Työn teoriaosuuden alussa kerrotaan lyhyesti polypropeenilevyn valmistus- ja lämpömuovausprosessista, jonka jälkeen keskitytään lämpömuovattavan polypropeenin valmistuksessa käytettävien lisäaineiden ominaisuuksiin. Tässä diplomityössä tutkittuja lisäaineita ovat: antistaattiset aineet, liukuaineet, tarttumisenestoaineet, huurtumisenestoaineet, prosessoinnin apuaineet ja ydintämisaineet sekä erilaiset mineraaliset täyteaineet. Teoreettisen tarkastelun pohjalta jatkotutkimuksiin valittiin kohdeyrityksen tavoitteiden saavuttamiseksi sopivimmat lisäaineet. Aikataulun puitteissa valittiin kaksi erilaista ainetta, joita tässä kutsutaan lisäaineeksi 1 ja lisäaineeksi 2.
Työn kokeellisen osuuden tarkoituksena oli tutkia valittujen lisäaineiden vaikutusta polypropeenin prosessoituvuuteen ja valmistettujen tuotteiden ominaisuuksiin, kuten materiaalijakaumaan ja lujuuteen. Valittuja lisäaineita tutkittiin laboratoriokokeilla ennen koeajoja. Lisäaineen 1 vaikutusta polypropeenin ekstruusioprosessiin selvitettiin laboratoriomittakaavaisella ekstruusiolaitteistolla. Lisäaineen 2 toimintaa eri pi-toisuuksilla ja kohdeyrityksen eri polypropeenilaaduissa tutkittiin differentiaalisella pyyhkäisykalorimetrialla. Laboratoriokokeiden perusteella suunniteltiin lisäaineen 1 ja lisäaineen 2 koeajot.
Lisäaineen 1 avulla kohdeyrityksen tavoite kasvattaa ekstruusiolinjan ajonopeutta toteutuu ilman, että ekstruuderin paineet tai ruuvin ja sulapumpun kuormitus kasvavat verrattuna lähtötilanteeseen. Nopeutta onnistuttiin kasvattamaan lisäaineen 1 avulla 10 %. Nopeuden noston rajoittavana tekijänä oli levyn raitaisuus, jota olisi voitu nipillä ajettaessa ehkäistä. Lisäaine 2 avulla voidaan kasvattaa valmistusnopeutta sekä parantaa tuotteiden materiaalijakaumaa ja lujuutta, mikä oli kohdeyrityksen tavoite. Lisäaineen 2 avulla onnistuttiin koeajoissa nostamaan koneen nopeutta 20 %. Koeajoissa valmistettujen tuotteiden paksuus- ja puristusmittauksissa todettiin lisäaineen 2 parantavan tuotteiden materiaalijakaumaa ja lujuusarvoa.
Työn teoriaosuuden alussa kerrotaan lyhyesti polypropeenilevyn valmistus- ja lämpömuovausprosessista, jonka jälkeen keskitytään lämpömuovattavan polypropeenin valmistuksessa käytettävien lisäaineiden ominaisuuksiin. Tässä diplomityössä tutkittuja lisäaineita ovat: antistaattiset aineet, liukuaineet, tarttumisenestoaineet, huurtumisenestoaineet, prosessoinnin apuaineet ja ydintämisaineet sekä erilaiset mineraaliset täyteaineet. Teoreettisen tarkastelun pohjalta jatkotutkimuksiin valittiin kohdeyrityksen tavoitteiden saavuttamiseksi sopivimmat lisäaineet. Aikataulun puitteissa valittiin kaksi erilaista ainetta, joita tässä kutsutaan lisäaineeksi 1 ja lisäaineeksi 2.
Työn kokeellisen osuuden tarkoituksena oli tutkia valittujen lisäaineiden vaikutusta polypropeenin prosessoituvuuteen ja valmistettujen tuotteiden ominaisuuksiin, kuten materiaalijakaumaan ja lujuuteen. Valittuja lisäaineita tutkittiin laboratoriokokeilla ennen koeajoja. Lisäaineen 1 vaikutusta polypropeenin ekstruusioprosessiin selvitettiin laboratoriomittakaavaisella ekstruusiolaitteistolla. Lisäaineen 2 toimintaa eri pi-toisuuksilla ja kohdeyrityksen eri polypropeenilaaduissa tutkittiin differentiaalisella pyyhkäisykalorimetrialla. Laboratoriokokeiden perusteella suunniteltiin lisäaineen 1 ja lisäaineen 2 koeajot.
Lisäaineen 1 avulla kohdeyrityksen tavoite kasvattaa ekstruusiolinjan ajonopeutta toteutuu ilman, että ekstruuderin paineet tai ruuvin ja sulapumpun kuormitus kasvavat verrattuna lähtötilanteeseen. Nopeutta onnistuttiin kasvattamaan lisäaineen 1 avulla 10 %. Nopeuden noston rajoittavana tekijänä oli levyn raitaisuus, jota olisi voitu nipillä ajettaessa ehkäistä. Lisäaine 2 avulla voidaan kasvattaa valmistusnopeutta sekä parantaa tuotteiden materiaalijakaumaa ja lujuutta, mikä oli kohdeyrityksen tavoite. Lisäaineen 2 avulla onnistuttiin koeajoissa nostamaan koneen nopeutta 20 %. Koeajoissa valmistettujen tuotteiden paksuus- ja puristusmittauksissa todettiin lisäaineen 2 parantavan tuotteiden materiaalijakaumaa ja lujuusarvoa.