Multiple recycling of dispersion-coated substrates
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2022-08-23
Department
Major/Subject
Biomass Refining
Mcode
CHEM3021
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
88 + 14
Series
Abstract
Environmental laws and regulations as well as the overall development of dispersion coatings have increased their interest and are considered an environmentally friendly alternative to extrusion coatings. The main advantages of dispersion coatings, as opposed to extrusion coatings, are recyclability, reduced material consumption and replacement of synthetic polymers as well as the flexibility of the application methods. Dispersion coatings are considered easily repulpable, enabling recycling and thereafter the reuse of dispersion-coated substrates. Ideally, the material would be kept within the recycling loop for as long as possible, thereby postponing the final treatment. The main objective of this thesis was to gain knowledge on multiple recycling of dispersion-coated substrates and on the reuse potential of previously coated, recycled fibres. The literature review focused on different aspects of dispersion coatings, recycling of fibrous material and the circularity of dispersion-coated substrates. The experimental work focused on studying the role of dispersion coatings in multiple recycling. The experimental work was conducted by repeating the repulping process, which is the critical stage for feasible recycling. Three dispersion coating samples were applied on hand-sheets. The handsheets were then repulped and formed into new handsheets. This repulping cycle was repeated four times for each sample. Several sheet and barrier properties were monitored throughout the experiment. Based on the results, multiple recycling of dispersion-coated substrates is possible. This experiment provided a worst-case scenario of multiple repulping as the prevailing conditions were extreme. Since the applied coat weights were high and no virgin fibre was added during the experiment, the fraction of latex increased throughout. Despite high reject percentages, all four cycles were successfully executed for all samples, which is promising for the sustainable use of dispersion coatings. The visual appearance and strength properties of the sheets decreased progressively, as expected, due to the accumulation of non-fibrous particles onto the fibres. Reuse of the recycled fibres is possible in lower quality grades. While further development to reach a fully bio-based and bio-degradable composition is ongoing, multiple recycling has a significant impact on sustainable development.Ympäristölainsäädäntö ja -määräykset sekä dispersiopäällysteiden yleinen kehitys ovat lisänneet dispersiopäällysteiden kiinnostavuutta. Dispersiopäällysteitä pidetään ekstruusiopäällysteisiin verrattuna ympäristöystävällisenä vaihtoehtona. Dispersiopäällysteiden tärkeimpinä etuina pidetään kierrätettävyyttä, alhaisempaa materiaalinkulutusta, mahdollisuutta vähentää synteettisten polymeerien käyttöä sekä joustavuutta päällystysmenetelmien vaihtoehdoissa. Dispersiopäällysteet ovat pulpperoituvia, mikä mahdollistaa kierrätyksen ja uudelleenkäytön. Ideaali tilanne olisi pitää materiaali kierrossa mahdollisimman pitkään ja tällä tavoin lykätä loppukäsittelyä. Tämän työn tavoitteena oli kasvattaa tietoutta dispersiopäällystetyn materiaalin moninkertaisesta kierrättämisestä ja uudelleenkäyttöpotentiaalista. Kirjallisuuskatsauksessa keskityttiin dispersiopäällysteisiin, niiden kierrättämiseen ja kierrätyskuituprosessiin. Kokeellisessa osassa tutkittiin dispersiopäällysteiden vaikutusta kuitujen kierrättämiseen. Työssä testattiin kolmea dispersiopäällystettä pulpperoimalla päällystettyjä arkkeja ja tekemällä näin saadusta massasta uusia arkkeja. Tämä sykli toistettiin neljä kertaa jokaista näytettä kohti. Kierrätyksen aikana seurattiin barrier- ja lujuusominaisuuksia. Tulosten perusteella dispersiopäällystetyn substraatin moninkertainen kierrättäminen on mahdollista. Tällä kokeella saatiin tietoa moninkertaisesta kierrättämisestä ääriolosuhteissa, sillä päällystemäärät olivat korkeat eikä neitseellistä kuitua lisätty massaan. Näin ollen lateksin osuus kasvoi kierrosten edetessä. Korkeasta rejektijakeesta huolimatta kaikki neljä sykliä toteutettiin onnistuneesti kaikkien näytteiden kohdalla. Dispersiopäällysteiden kestävän käytön kannalta, tämä on lupaava tulos. Arkkien ulkonäkö ja lujuusominaisuudet heikkenivät odotetusti, kun lateksia kertyi kuitujen pinnalle kierrätyksen aikana. Kierrätetyllä kuidulla on uudelleenkäyttöpotentiaalia alemmissa kartonkilaaduissa. Täysin biopohjaisen ja biohajoavan koostumuksen kehitys on käynnissä ja sen edetessä moninkertaisella kierrätyksellä on merkittävä vaikutus kestävään kehitykseen.Description
Supervisor
Paltakari, JouniThesis advisor
Toppila, MarjaanaHiltunen, Eero
Keywords
dispersion coating, barrier coating, multiple recycling, repulpability, biodegradability, circular economy