Novel methods to include graphene as a packaging barrier

Förpackning Stora Enso

Foto: Stora Enso

Förpackning Stora Enso

Foto: Stora Enso

Syfte och mål

Projektets mål är att skapa förpackningsmaterial vars grafenbarriärer vida överträffar dagens barriärer trots låg halt.

Papper, pappersmassa och förpackningar är viktiga områden för svenskt näringsliv. Grafen har potential att revolutionera dessa områden i och med materialets fantastiska materialegenskaper.

Planerat upplägg och genomförande

Projektmålet ska åstadkommas genom orientering av nanoflak av grafen till tunna skikt, kombinerat med kristallisering av materialet mellan flaken. Nya metoder tas fram för att åstadkomma orienteringen i både dispersioner och polymersmältor.

Tunna, reproducerbara dispersionsbeläggningar med orienterade nanoflak av grafen framställs genom skumning med kontrollerad tjocklek, lamellarkitektur och reologi. Skummet får kollapsa på pappersytan till ett tunt grafenskikt. Före extrudering täcks plastgranulerna med ett ytlager av grafen-nanoflak, och välkontrollerade flödesfält i dysan ger ett tunt, orienterat grafenskikt i centrum av beläggningen. Kristallisering av materialet mellan flaken leder i bägge fallen till ytterligare förbättrade barriäregenskaper.

Projektet fokuserar på och utvärderar strukturer som ger höga syrebarriärer, och korrelerar dessa till process och materialparametrar. Beläggningarna utvecklas stegvis för att åstadkomma bästa möjliga barriär med minsta möjliga mängd grafen.

Förväntade effekter och resultat

Den industriella potentialen är enorm. Visionen är att ersätta aluminiumfolie i förpackningar vilket skulle leda till nya miljövänliga förpackningsmaterial och förbättrad återvinning. Projektet samlar industri, institut och akademi längs hela värdekedjan från råmaterial till färdig produkt.

Abstract in english

Novel methods to include graphene as a packaging barrier
The goal of this project is to make thin graphene barriers in packaging materials with outstanding oxygen permeability properties using low amounts of graphene.
Industrial partners Stora Enso, Tetra Pak and Perstorp are together with Chalmers University of Technology and SP Technical Research Institute of Sweden among the participants of the project.

The vision of the project is to replace Al foil in packaging materials.

The making of thin graphene barriers for packing material will be achieved by orientation of graphene nanoplatelets in a thin layer of the packaging material. Induction of crystallization in between the graphene nanoplatelets will further improve the barrier properties. Novel methods to obtain the necessary orientation and compacting will be developed using foamed dispersions and extruded polymer melts.

Thin reproducible dispersion coatings with oriented graphene nanoplatelets will be achieved by making foams with controlled thickness, rheology and lamella architecture that subsequently are collapsed to a film. Pre-coating of the plastic granules with graphene Before extrusion and well-controlled flow fields in the extruder die will be used to obtain oriented and compacted graphene nanoplatelets in polymer films. The structure and oxygen permeability of the coatings and films will be evaluated and correlated to the process parameters and composition. The coatings and films will be developed interactively to improve the barrier properties and simultaneously reduce the graphene content.

Utlysning:
Förstudieprojekt och Forsknings- och Innovationsprojekt våren 2016

Projektpartners: Stora Enso, 2D fab AB, Battenfeld Sverige AB, Perstorp AB, RKW Sweden AB, SP, Saving Spaces AB, Tetra Pak AB, Chalmers

Projektledare: Chris Bonnerup

E-mail: chris.bonnerup@storaenso.com

Bidrag: 1 950 000 kr

Projektets löptid: 2016-2017

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: