Potential of red seaweed-based dispersion barrier for paperboard
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
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
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
71
Series
Abstract
Growing environmental concerns along with the EU’s Single-Use Plastics directive (SUP), have driven innovations towards biobased alternatives to fossil-based barrier coatings. According to the directive, bio-based solutions should be chemically unmodified natural polymers to avoid classification as plastic. Currently, food products are packed in paperboard packaging, which are traditionally coated with plastic-based barrier layers. Paperboard provides mechanical strength, while the barrier coating ensures protection against grease, water, water vapor, oxygen, and microorganisms. This thesis focuses on the barrier properties of carrageenan-based barrier coatings applied to paperboard considering the requirements set by SUP-directive. The carrageenan-based barrier coating was applied to paperboard as a water-based dispersion. The barrier properties of carrageenan were evaluated in its pure form, mixed with bio wax and crosslinker and as a multilayer structure. The coatings performance was evaluated by surface characteristics and barrier properties. Results showed that carrageenan alone provide moderate grease resistance but poor water resistance due to its hydrophilic nature. The addition of crosslinkers improved grease resistance, while wax additives enhanced water resistance. A multilayer structure combining crosslinked carrageenan base layer and a hot melt coated bio wax as top layer, offered balanced barrier properties. However, challenges were observed in coating uniformity, layer thickness and gluability. The study demonstrates that carrageenan, especially when combined with suitable additives, show promising properties for bio-based solution for paperboard food packaging. Further research is needed for example to find solutions to moisture resistance properties and to evaluate long-term performance under varying environmental conditions.Kasvava huoli ympäristöstä sekä EU:n kertakäyttöisiä muovituotteita, koskeva SUP-direktiivi ohjaavat innovaatioita kohti biopohjaisia vaihtoehtoja fossiilipohjaisten materiaalien korvaajaksi. Direktiivin mukaan biopohjaisten ratkaisuiden tulee perustua kemiallisesti muokkaamattomiin luonnonpolymeereihin, jotta niitä ei luokiteltaisi muoviksi. Nykyisin elintarvikkeet pakataan kartonkipakkauksiin, jotka on perinteisesti päällystetty muovipohjaisilla barrierpäällysteillä. Kartonkipakkaus tarjoaa mekaanisen kestävyyden, kun taas barrierpäällyste suojaa rasvalta, vedeltä, vesihöyryltä, hapelta ja mikrobeilta. Tämä diplomityötyö keskittyy karrageenipohjaisen barrierpäällysteen mahdollisuuksien tutkimiseen, ottaen huomioon SUP-direktiivin asettamat vaatimukset. Karrageenipohjainen barrierpäällyste päällystetiin kartongille vesipohjaisena dispersiona. Karrageenin barrier ominaisuuksia arvioitiin sellaisenaan, sekoitettuna biovahaan ja ristisilloittajaan, sekä monikerrosrakenteena. Tulokset osoittivat, että karrageeni tarjoaa kohtalaisen rasvankestävyyden, mutta sen hydrofiilisen luonteensa vuoksi se on herkkä vedelle. Ristisilloittajan lisääminen paransi rasvankestävyyttä, kun taas biovahan lisääminen paransi vedenkestävyyttä. Monikerrosrakenne, jossa ensimmäisenä kerroksena oli ristisilloitettu karrageeni ja pintakerroksena sulapäällystetty biovaha, tarjosi tasapainoiset barrier ominaisuudet. Haasteita havaittiin kuitenkin päällysteen tasaisuudessa, kerrospaksuuksissa ja liimattavuudessa. Tutkimus osoittaa, että karrageenilla on lupaavia ominaisuuksia biopohjaisena barrierpäällysteenä kartonkisissa elintarvikepakkauksissa. Erityisesti monikerrosrakenteena ja sopivien lisäaineiden kanssa sen suorituskykyä voidaan parantaa. Jatkotutkimuksia tarvitaan kuitenkin muun muassa vedenkestävyyden parantamisessa ja barrierpäällysteen toimivuuden arvioimiseksi vaihtelevissa ympäristöolosuhteissa.Description
Supervisor
Lipponen, JuhaThesis advisor
Ruuska, HennaHelanto, Karoliina