Biobarrierit ja niiden käyttö paperi- ja kartonkiteollisuudessa

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli tuottaa ajankohtaista tietoa biobarrieresta ja niiden tulevaisuudesta. Huomion kohteena olivat erityisesti niiden raaka-aineet ja ominaisuudet. Biobarriereiden kehitykseen vaikuttaa EU:n alueella ajankohtainen kertakäyttömuovidirektiivi eli SUP-direktiivi. Opinnäytetyössä on tuotu esiin direktiivin tärkeimpiä päätöksiä ja säännöksiä.

SUP-direktiivin ensimmäiset säännökset astuivat voimaan kesällä 2021, jolloin muutamia kertakäyttötuotteita asetettiin myyntikieltoon ja muovia sisältäviin kertakäyttötuotteisiin tuli merkintävaatimus. Direktiivissä muovilla tarkoitetaan polymeeriä, joka soveltuu tuotteen päärakenneosaksi. Direktiivin ulkopuolelle jäävät kuitenkin luonnonpolymeerit, joita ei ole kemiallisesti muunneltu.

Työssä selvisi, ettei biobarrierin määritelmä ole vakiintunut. Myös muita aihealueen termejä käytetään värikkäästi. Työssä ei pystytty määrittelemään selkeästi, mikä päällyste on puhtaasti biobarrieri, mutta esiteltiin monia ympäristöystävällisempiä vaihtoehtoja.

Termoplastinen tärkkelys on tärkeä raaka-aine uusien biobarriereiden kehittämisessä. Sen saatavuus on hyvä ja hinta kohtuullinen. Termoplastinen tärkkelys antaa gelatinoinnin jälkeen hyvät barrier-ominaisuudet öljyä, rasvaa ja happea vastaan, mutta se hajoaa helposti kuuman tai kylmän nesteen vaikutuksesta.

Vesipohjaiset dispersiot ovat vallanneet markkinoita biobarriereina. Ne ovat pääsääntöisesti biopohjaisista raaka-aineista valmistettuja monomateriaaleja, jotka ovat lähes 100-prosenttisesti kierrätettäviä, biohajoavia ja jotkut jopa kompostoituvia. Vesipohjainen dispersiopäällyste soveltuu perinteisille päällysteyksiköille. Se soveltuu käytettäväksi elintarvike- ja pikaruokapakkauksissa, sekä kuumajuomapikareissa.

Tulevaisuudessa biobarriereita voidaan mahdollisesti valmistaa nanoselluloosasta, polybuteenisukkinaatista, ligniinistä ja alginaatista. Nämä raaka-aineet ovat olleet lupaavia ominaisuuksiltaan, mutta korkea hinta ja vaikea saatavuus hidastavat niiden kaupallista käyttöä.

The purpose of this thesis was to produce up-to-date knowledge about biobarriers and their future. Main interest was in raw-materials and physical properties. The development of biobarriers is affected by EU’s single-use plastic directive, also known as SUP-directive. The most important decisions and regulations of the directive have been highlighted in this thesis.

The first regulations of the SUP-directive were issued in June 2021. Some single-use products were banned and some were given a labeling requirement. In the directive plastic means a polymer suitable to be used as a products main structural component. Natural polymers that are not chemically modified are not covered in the directive.

The work revealed that the definition of a biobarrier is not well established. Other terms of the subject are also used blatantly. It was also not clear which coating is purely a biobarrier but many more environmentally friendly options were presented,

Thermoplastic starch is an important raw-material in developing new biobarriers. It has a good availability and a decent price. It also provides good barrier qualities against oil, grease and oxygen after gelatinization but it decomposes easily under the influence of hot or cold liquid.

Water-based dispersions have been taking over the market as biobarriers. They are mainly mono-materials made from bio-based raw materials that are almost 100% recyclable, biodegradable and some even compostable. Water-based dispersion coating is suitable for conventional coating units and it can be used in food and fast food packaging, as well as in hot drink cups.

It can be possible to make biobarriers from nanocellulose, polybutene succinate, lignin and alginate in the future. These raw materials have had promising properties, but their high price and difficult availability slow down their commercial use.