Vaahdon ja mikrokuplien muodostuminen dispersiopäällysteessä

Abstract

Ekstruusio on perinteinen keino luoda barrier eli estokerros paperin tai muun vastaavan materiaalin pintaan. Ympäristönäkökulmien vuoksi polymeeriekstruusion rinnalle on kehitetty dispersiopäällystäminen, jossa muovikalvon sijasta materiaali päällystetään ekstruusiota ympäristöystävällisemmällä vesipohjaisella dispersiokemikaalilla. Kestävä kehitys sekä ympäristöystävällisten materiaalien käyttö ovat tekijöitä, jotka lisäävät pakkausteollisuuden tarvetta siirtyä käyttämään luonnonmukaisempiin komponentteihin perustuvia pinnoitteita.

Opinnäytetyössä tutkittiin barrierdispersiopäällysteen vaahtoamista sekä vaahdonhallintaa vaahdonestokemikaalien avulla. Tämän lisäksi perehdyttiin yleisesti dispersiopäällystämiseen, vaahdon muodostumiseen, sen ominaisuuksiin sekä hallintaan. Kokeellisen osuuden tavoite oli selvittää annosteltavalle vaahdonestoaineelle riittävä pitoisuus suhteessa dispersiopäällysteeseen sekä kartoittaa kehitysehdotuksia toimeksiantaja Walki Oy:n dispersiopäällystyslinjan vaahdonhallintaan.

Tutkimuksen kokeellisessa osuudessa määritettiin analyyttisesti Tampereen ammattikorkeakoulun prosessilaboratoriossa riittävä pitoisuus vaahdonestoaineelle dispersiopäällysteessä. Työssä tutkittiin myös vaahdon muodostumista sekä vaahdon vastetta vaahdonestoaineen annosteluun vakioiduissa olosuhteissa laboratoriomittakaavassa. Lisäksi tutkittiin muutoksia vaahdon määrässä erisuuruisilla vaahdonestoaineen pitoisuuksilla. Tehokuuden indikaattorina oli visuaalinen vaahdon määrän muutos päällystesuspension pinnalla. Opinnäytetyön konkreettinen tuotos on ohjearvo riittävästä vaahdonestoaineen annostelusta sekä selvitys vaahtoa aiheuttavista tekijöistä sekä käytännön kehitysehdotuksia tuotantolinjan vaahdonhallintaan.

Opinnäytetyöstä saatavaa selvitystä ja tuloksia on mahdollista hyödyntää myös muissa teollisuusprosesseissa, joissa vaahtoaminen aiheuttaa ongelmia. Tällaisia aloja ovat esimerkiksi paperin, kartongin, elintarvikkeiden sekä bioteknologian alat. Opinnäytetyö korostaa eritoten vaahtoamista ennaltaehkäisevien prosessiteknisten ratkaisujen merkitystä sekä oikeanlaisen vaahdonestokemikaalin valitsemista käyttötarkoituksen mukaisesti. Näin varmistetaan muun muassa kustannustehokkuus ja suorituskyky. Opinnäytetyön pohjalta oikea-aikaista vaahdonhallintaa ja vaahdonestoaineen annostelua voisi jatkossa tutkia tarkemmin.

The purpose of this thesis was to investigate the formation of foam in barrier dispersion coating and determine an adequate dosage of a certain anti-foaming agent. Dispersion coatings tend to have elevated surface tension, which causes foam to form. It is crucial to find suitable solutions, such as anti-foaming agents to lower the surface tension to prevent defects on the coated surface as well as efficiency losses in production.

Samples, consisting of the dispersion coating and an anti-foaming agent were gathered from a dispersion coating line and delivered to a laboratory for foaming and anti-foaming runs. The coating was let to foam in conditions similar to the industrial-sized environment. Thereafter anti-foaming agents in different concentrations were added to the coating suspension, concurrently observing the amount of foam dissolving to the fluid level.

The results showed that the anti-foaming agent functions similarly to a defoamer. The key findings indicate that to sustain long-term anti-foaming effects, dosing should be either constant or well-timed. In addition, sufficient dosage was discovered and found to be in the range provided by the supplier of the anti-foamer. Further research based on the thesis could be conducted, for example in developing a procedure in continuous dosing.