Hemicellulose in barrier dispersion coatings
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
CHEM3021
Language
en
Pages
76+1
Series
Abstract
The objective of the thesis was to investigate the properties of hemicellulose in barrier dispersion coatings. Barrier dispersion coatings were produced with rod coating on top of the folding boxboard. Two hemicellulose solutions were tested first without additives and then with additives. The hemicellulose A was extracted from plant biomass and the hemicellulose B was extracted from forest industrial by-products. The used additives were thickeners, plasticizers and cross-linking agents. Grease, hexane vapour, oxygen and water vapour barrier properties, as well as film formation and creasing and folding behaviour were studied. The results were compared with reference coating made from polyvinyl alcohol (PVOH). Based on the results, the film formation of the hemicellulose solutions without additives was varying. Hemicellulose A showed good film formation with the double layer coating. On contrary to that, hemicellulose B showed the best film formation with the single layer coating. Opposite to the hemicellulose B samples, the hemicellulose A samples could withstand creasing without cracking. However, both hemicellulose coatings cracked when they were folded. The grease and mineral oil barrier properties of the hemicellulose A were promising, but the high coat weight was required to achieve good barrier properties. No good oxygen and water vapour barrier properties were observed. These hemicellulose solutions in their current form do not seem to be suitable for industrial applications without additives. The effect of additives on the film formation of the coated samples varied. Most of the additives did not have an improving effect on film formation. However, some positive effects were still observed. Cracking during creasing and folding was a problem and none of the used additives significantly improved the ability to withstand creasing and folding without cracking. Some samples showed promising grease and mineral oil barrier properties. Like without additives, no good oxygen and water vapour barrier properties were observed. The best results were observed with high coat weights, which may be a problem in industrial level applications due to high costs. Even though this experiment showed that hemicellulose solutions did not have excellent film formation properties, at least grease and mineral oil barrier properties of these hemicelluloses could be further studied. There was at least indication that hemicellulose barrier dispersion coatings could be used as precoating in packaging applications. Used hemicellulose solutions were also not highly purified and pure hemicelluloses in barrier dispersion coatings could be further studied in the future.Työn tarkoituksena oli tutkia hemiselluloosan ominaisuuksia barrier-dispersiopäällystyksessä. Päällystys toteutettiin sauvapäällystyksenä taivekartongin pinnalle. Kahta hemiselluloosanäytettä testattiin ensin ilman lisäaineita ja sitten lisäaineiden kanssa. Hemiselluloosa A oli erotettu kasviperäisestä biomassasta ja hemiselluloosa B metsäteollisuuden sivutuotteista. Työssä käytetyt lisäaineet olivat paksuntajia, pehmentäjiä ja ristisitojia. Päällystetyistä näytteistä testattiin rasvan, vesihöyryn ja heksaanihöyryn läpäisyä, sekä kalvon muodostusta että nuuttauksen ja taiton kestävyyttä. Saatuja tuloksia vertailtiin referenssipäällysteen (PVOH) tuloksiin. Tuloksien perusteella hemiselluloosien kalvon muodostus oli vaihtelevaa ilman lisäaineita. Hemiselluloosa A:n kalvon muodostus oli hyvää tuplapäällystyksellä. Sen sijaan hemiselluloosa B:n kalvon muodostus oli parasta yksinkertaisella päällystyksellä. Päinvastoin kuin hemiselluloosa B:llä, hemiselluloosa A:lla päällystetyt näytteet kestivät nuuttauksen murtumatta. Kuitenkin molemmat hemiselluloosat murtuivat taitettaessa. Hemiselluloosa A:n rasvankesto ja barrieriominaisuudet mineraaliöljyjä vastaan olivat lupaavia, mutta saavuttaakseen nämä ominaisuudet tarvittiin korkea päällystemäärä. Hyviä happi- ja vesihöyrybarrierominaisuuksia ei havaittu tässä työssä. Testatut hemiselluloosat eivät näytä soveltuvan sellaisenaan teollisiin sovellutuksiin ilman lisäaineita. Lisäaineiden vaikutus kalvon muodostukseen vaihteli. Suurin osa lisäaineista ei parantanut kalvon muodostusta. Kuitenkin muutamia positiivisia tuloksia havaittiin. Murtuminen nuuttauksessa ja taitossa oli ongelma ja työssä testatut lisäaineet eivät ehkäisseet murtumista. Osalla näytteistä havaittiin lupaavia rasva- ja mineraaliöljy- barrierominaisuuksia. Hyviä happi- ja vesihöyrybarrierominaisuuksia ei havaittu. Parhaat tulokset saavutettiin korkeilla päällystemäärillä, mikä voisi olla ongelma teollisissa sovellutuksissa korkeiden kustannusten takia. Vaikka kokeellisen osan perusteella hemiselluloosanäytteillä ei ollut erinomaisia kalvonmuodostusominaisuuksia, vähintään rasva- ja mineraaliöljybarrierominaisuuksia voitaisiin tutkia lisää. Tulokset indikoivat, että hemiselluloosia voitaisiin käyttää ainakin esipäällystyksessä pakkaussovelluksissa. Testatut hemiselluloosanäytteet eivät olleet puhdistettuja ja puhtaampia hemiselluloosia voitaisiin tutkia tulevaisuudessa barrier-dispersiopäällystyksessä.Description
Supervisor
Österberg, MonikaThesis advisor
Turkki, TarjaHyötyläinen, Juha