Barriärbestrykning av grafen för pappersförpackningar (avslutat)

Barriärbestrykning av grafen för pappersförpackningar. Foto: BillerudKorsnäs

Barriärbestrykning av grafen för pappersförpackningar. Foto: BillerudKorsnäs

Syfte och mål

Projektmålet är att framställa grafenbelagt papper med höga barriäregenskaper, genom att ta fram en sammanhängande grafenfilm för kartong med förbättrad adhesion, elektrisk ledningsförmåga och barriäregenskaper lämpliga för pappersförpackningar.

Planerat genomförande
Den täta strukturen hos grafen ger materialet barriäregenskaper, vilket gör det attraktivt i förpackningstillämpningar.

Initiala undersökningar har indikerat att det är möjligt att formulera en vattenbaserad dispersion av grafen med bindemedel för utveckling av grafenbeläggning på papper för förpackningsapplikationer. Ett problem som återstår att lösa är att öka adhesionen mellan beläggningen och pappret utan att ge avkall på den elektriska ledningsförmågan eller barriäregenskaperna.

Effekter och resultat
Ett lyckat resultat skulle utgöra en komponent för att tillverka högteknologiska pappersförpackningar, baserad på vattenbaserad bestrykningsteknik, vilket gör att tillverkningsprocessen blir både miljövänlig och ekonomiskt fördelaktig. Detta kan i förlängningen ge svensk pappersindustri en konkurrensfördel.

  • I studien lyckades vi framställa vattenbaserade grafendispersioner av hög koncentration. Utöver det lyckades vi formulera och applicera grafenbaserade bestrykningar för kartong. Mätningar visade att grafenbestruken kartong hade lägre vattenångtransmission än kartong med motsvarande bestrykning utan grafen. Provernas elektriska ledningsförmåga låg i nivå med den hos liknande prover från tidigare undersökningar.
  • Vi uppfyllde alla uppsatta mål, men på andra vägar än exakt de planerade. Vi hade höga förväntningar vilka mestadels lyckades uppfylldes. Vi lärde oss mer om hur man dispergerar grafen i vatten.
  • Vi tror på grafen inom vårt tillämpningsområde – pappersförpackningar – och kommer därför att jobba vidare med grafen. Vi tror att vi skulle kunna lansera en grafenbaserad produkt inom en tioårshorisont. För att gå vidare saknar vi främst sådan kunskap som vi inte tror finns ännu.

 

Abstract in English

Graphene Barrier Coating for Paper Packaging

The goal of this project is to develop cohesive graphene film on paper board with improved adhesion, electrical conductivity and barrier properties suitable for paper packaging applications. The two partners are BillerudKorsnäs, a supplier and developer of paper and board material, and SP, Technical Research Institute of Sweden.

Graphene has unique mechanical, electrical and barrier properties which makes it attractive for packaging applications. Initial test results indicated that it was possible to formulate a water-based dispersion of graphene with a binder to develop graphene film on paper boards for paper packaging applications. The obtained graphene film was electrically conductive and had barrier properties. One problem to solve is to increase graphene film adhesion without sacrificing electrical conductivity of the film.
Our strategy is to use multilayer coating technology to address adhesion problem in between the paper board and graphene film in a single coating step. Most importantly, the coating formulation used to develop graphene film is water-based and the coating process is cost effective. Thus, it will result in an environmentally friendly and cost efficient barrier film for paper packaging.

Effects and results
A successful result would be a component for manufacturing high-tech paper packaging, based on water-based coating technology, which makes the manufacturing process both environmentally friendly and economically advantageous. This can by extension give the Swedish paper industry a competitive advantage.
• In the study we managed to produce water-based graphene dispersions with high concentration. In addition, we managed to formulate and apply graphene-based coatings for cardboard. Measurements showed that graphene coated cardboard had lower water vapor transmission than cardboard with corresponding coating without graphene. The electrical conductivity of the samples corresponded with that of similar samples from earlier studies.
• We met all set goals, but on other routes than exactly those planned. We had high expectations which were mostly fulfilled. We learned more about disperse graphene in water.
• We believe in graphene within our field of application - paper packaging - and will therefore continue to work with graphene. We believe that we could launch a graphene-based product within a ten-year horizon. To proceed, we lack mainly knowledge that we do not believe exists yet.

Utlysning:
Förstudieprojekt och Forsknings- och Innovationsprojekt våren 2016

Projektpartners: BillerudKorsnäs och SP

Projektledare: Thomas Gillgren

Projektform: Förstudie

E-mail: Thomas.Gillgren@billerudkorsnas.com

Bidrag: 500 000 kr

Projektets löptid: 2016

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: