Nanocellulose as barrier coating deposited using a laboratory rod coater

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Filpponen, Ilari
dc.contributor.author Matikainen, Lauri
dc.date.accessioned 2017-05-30T05:48:19Z
dc.date.available 2017-05-30T05:48:19Z
dc.date.issued 2017-04-24
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/26390
dc.description.abstract Both nanocellulose and barrier coatings are topical subjects, as evidenced by the accelerated number of recent reports related to nanocellulose and packaging. This thesis aims to understand the flow behaviour of nanocellulose as a coating layer deposited on paper by using a laboratory rod coater. The experimental efforts cover tests related to the rod-coating parameters and the properties of the deposited nanocellulose. Associated properties were explored with respect to nanocellulose pretreatment, substrate type, heat treatment, as well as the effect of added soy proteins. The latter relied on the effect of this inexpensive biomolecule to facilitate layer cohesion. The main target was to investigate the response of the end-use properties on both the device parameters and the properties of the coated material. In terms of liquid packaging, the main properties studied included barrier effects, which in this thesis were assessed by measurements of air permeability, water and oil absorption. In addition, the tensile strength and fracture toughness were determined. Moreover, the relation between the rod coater parameters, the properties of the coating layer, coat weight and coating thickness were investigated. Heat treatment and binding with soy protein were identified as suitable strategies to reduce water absorption by nanocellulose. In addition, a connection between rod metering speed, air permeability and oil absorption was found. The effect was also based on rod gap size which regulated the amount of coating. Water transfer from the coating layer to the substrate and reduced coat weight were possible causes of a relatively high air permeability and oil absorption. However, the rheology of the layer and fibril agglomeration also played a role. Finally, nanocellulose percolation was found to decrease the fracture toughness as a function of coating solids. en
dc.description.abstract Nanoselluloosa ja barrier-päällysteet ovat ajankohtainen aihe, mikä on selvästi havaittavissa tieteellisten julkaisujen määrästä. Tämän diplomityön keskeisimpiä tavoitteita on tarkastella nanoselluloosan virtauskäyttäytymistä laboratoriomittakaavan sauvapäällystimellä päällystettäessä. Kokeellinen osuus kattaa sekä laiteparametrien että päällystekomposiitin käyttäytymisen testausta. Käyttäytymistä tarkasteltiin liittyen pohjapaperiin, esikäsittelyyn, lämpökäsittelyyn, sekä ristisilloittamiseen, jossa perustettiin soijaproteiinin ja ristisilloittajan yhteisvaikutukseen. Kokeellisen osuuden päätavoite oli tutkia loppukäyttöominaisuuksien vastetta, sekä laiteparametrien suhteen että päällystekomposiitin käyttäytymisen suhteen. Nestepakkauksissa loppukäyttöominaisuudet kattavat ennen kaikkea barrier-ominaisuudet, joita tässä työssä edustivat ilmanläpäisy, veden absorptio ja öljyn absorptio. Lisäksi mekaanisia loppukäyttöominaisuuksia eli vetolujuutta ja murtositkeyttä tutkittiin vähäisissä määrin, kuten myös päällysteen nk. paksuuntumis-ilmiötä. Laiteparametrien, päällystekomposiitin käyttäytymisen ja loppukäyttöominaisuuksien välinen suhde käsitti päällystemäärän ja päällysteen paksuuden tutkimisen. Veden adsorptiota nanoselluloosaan onnistuttiin vähentämään sekä lämpökäsittelyn että ristisilloitetun soijaproteiinin avulla. Lisäksi havaittiin yhteys sauvan päällystysnopeuden, ilmanläpäisyn ja öljyn absorption välillä. Toisaalta laiteparametreja testatessa ilmeni epäselvyyttä tulosten tulkinnassa. Kyse oli siitä, olivatko veden imeytyminen päällysteestä pohjapaperiin ja alhainen päällystemäärä yksiselitteisiä syitä osittain korkeisiin ilmanläpäisevyyksiin ja öljyn absorptiolukuihin, vai vaikuttivatko myös fibrillien agglomeraatio tai erilaiset reologiset ilmiöt, kuten hydrodynaamiset voimat. Nanoselluloosan perkolaatiokäyttäytymisen havaittiin vaikuttavan murtositkeyden heikkenemiseen päällysteen kiintoainepitoisuuden funktiona. fi
dc.format.extent 77
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Nanocellulose as barrier coating deposited using a laboratory rod coater en
dc.title Nanoselluloosa barrier-päällysteenä sauvapäällystimellä applikoitaessa fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword CNF en
dc.subject.keyword nanocellulose en
dc.subject.keyword rod coater en
dc.subject.keyword coating en
dc.subject.keyword barrier en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201705305005
dc.programme.major Biomass Refining fi
dc.programme.mcode CHEM3021 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Rojas, Orlando
dc.programme Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering fi
dc.ethesisid Aalto 9136
dc.location P1


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account