Development of a new natural polymer and its process parameters : polymer grade that is processable with extrusion coating to substrate

Abstract

Tutkimuksen aiheena oli tutkia ja kehittää uusi luonnonpolymeeri joka on sekä biopohjainen että biohajoava. Työn tavoitteena oli selvittää luonnonpolymeerin käyttäytyminen ekstruuderissa ja sen soveltavuus pakkauksiin. Tässä työssä tutkittava polymeeri ei ole kemiallisesti modifioitu, polymeroituminen tapahtuu luonnossa ja polymeerin tila on uuttoprosessista riippumaton, eli se pysyy kemiallisesti koskemattomana.

Haaste sekä mahdollisuus tässä työssä on ollut luonnonpolymeerin ajettavuus ekstruuderissa. Polymeerit on tilattu polmeerivalmistajalta Pietarsaareen pilottilinjalle missä niitä on ajettu ja tutkittu. Pilottiekstruuderi on rakennettu ihan samalla periaatteella kuin tuotantolinjassa käytettävät koneet. Oleelliset ominaisuudet joka tutkittiin oli polymeerin syöttö ekstruuderiruuviin, sen sulattaminen oikeassa lämpötilassa sekä levittäminen suuttimesta. Yhtä tärkeät tekijät olivat polymeerin tarttuminen eri substraatteihin ja barriääri sekä kuumasaumautuvuus pakkauskoneessa.

Kaikki koe-ajot suoritettiin pilottikoneella Pietarsaaressa ja laboratoriotestit hoidettiin Walkin laboratoriossa toimittajan toiveesta. Toimittaja teki myös omat tutkimukset omassa laboratooriossa. Tutkimuksen alussa toimitettiin valmistajalta 9 eri laatua a´ 5 kg ja alustavan testin ja seulonnan jälkeen valittiin kuusi potentiaalista laatua loppuarviointia varten. Lisäksi valittiin sopiva substraattia joustopakkauksiin päällystettäväksi. Tämä opinnäytetyö tehtiin omasta kiinnostuksesta ja toimeksiantotyönä Walki Oy:lle ja saatujen tulosten pohjalta raportti myös jaetaan polymeerivalmistajalle. Vihijärjestelmään kaikki tiedot on tallennettu salassa pidettävään kansioon.

The topic of the research was to study and develop a new natural polymer that is both biobased and biodegradable. The aim of the work was to find out the behavior of the natural polymer in the extruder and its applicability to different packagings. The polymer studied in this work is not chemically modified, the polymerization takes place in nature and the state of the polymer is independent of the extraction process, i.e. it remains chemically untouched.

The challenge and opportunity in this work has been the processing of the natural polymer in the extruder. The polymers have been ordered from the manufacturer for the pilot line in Jakobstad, where they have been tested. The pilot extruder is built on exactly the same principle as the machines used in the production line. The essential properties that have been analyzed were the feeding of the polymer to the extruder screw, its melting at the right temperature and spreading from the nozzle. Equally important things were the adhesion of the polymer to different substrates , also barrier properties as well as heat sealing in the packaging machine.

The laboratory tests were analyzed in Walki's laboratory at the request of the supplier. these are similar tests that the supplier has shared from their own laboratory. At the beginning of the study, 9 different qualities each 5 kg were delivered from the manufacturer and after a preliminary quick test or screening, six potential qualities were selected for the final evaluation. In addition, two substrates, paper and board, were chosen for coating. This research was carried out of my own interest and as commissioned work for Walki Oy, and based on the results, a report was also complied for the polymer manufacturer. (Confidential).