GrafCoat 2: Grafenbaserad extrusionsbeläggning för kartong

Sammanfattning

Målsättning med projektet är resurseffektivt nyttjande av grafen inom biobaserade extrusionsbeläggningar på kartong för användning inom livsmedelsförpackningar.

Tillsatsen av grafen är ansedd att förbättra egenskaperna hos beläggningensbarriären med det långsiktigamålet att kunna konkurrera och byta ut dagens fossilbaserade beläggningar. Detta skulle bidra till Sveriges målsättning om att vara ett av världens ledande länder inom omställningen till en biobaserad ekonomi.

I det pågående projektet GrafCoat-1 har tensidfria grafen-termoplastiskstärkelse kompositer tillverkats och värmepressats till filmer. Resultaten visar att grafentillsatsen förbättrar barriäregenskaperna hos materialet, vilket verifierar GrafCoat-konceptet. Dock är förbättringen av grafenet mindre än förväntat, varvid vi önskar fortsätta att utveckla konceptet i GrafCoat-2. Dessutom var de framtagna kompositerna spröda och svåra att värmepressa till tunna filmer, vilket också avses att optimeras i GrafCoat-2.

Minskad sprödhet skulle inte bara förbättra processbarheten utan pressning till tunnare filmer skulle även ge ett mer homogent material samt förmodligen även en högre grafenorientering. Båda skulle förbättra materialets barriäregenskaper. I GrafCoat-2 kommer vi också att studera och optimera vidhäftningen av filmerna till kartong, samt utvärdera egenskaperna för kartong som har laminerats med grafenbiopolymer-filmerna.

Om de laminerade kartongproverna ger lovande resultat ämnar konsortiet att söka en fortsättning på GrafCoat för att utföra pilottester i Holmensfaciliteter med deras pilot-extrusionsbeläggare.

Abstract in English

GrafCoat 2: Graphene based extrusion coating for paperboard

The project objective is resource-efficient utilization of graphene for improved barrier performance of bio-based extrusion coatings of paperboards.

The long-term goal is that the graphene-biopolymer films can substitute fossil-based barrier coatings. A successful outcome of the project would thus contribute to Sweden’s vision of becoming a world leader in the transition to a bio-based economy by 2030.

In the ongoing phase 1 of GrafCoat, surfactant free graphene-thermoplastic starch (TPS) composites are hot-pressed into films. The results show that the graphene addition improves the barrier properties, proving the GrafCoat concept. But the improvement is so far lower than expected.

The TPS-graphene material has been very brittle and initially cracked during hot-pressing. Improper mixing of the plasticizer could be an explanation as it seems to separate out from the material with time, creating a white surface. Still, pressing optimization have generated crack-free films but with high thickness (400 μm). Thinner films would provide increased homogeneity and graphene orientation, which both would improve the barrier performance. GrafCoat2 will thus focus on optimizing the mixing and pressing procedures, including extruder mixing.

Iteration of the procedures will be done to maximize the barrier performance. When hot-pressed films with satisfying properties are obtained, film adhesion to paperboard will be optimized. Finally, functional properties of laminated paperboards will be evaluated, including barrier against gas, moisture, fat and odor. If the laminated paperboards show promising results, the consortium aims to apply for continuation of GrafCoat, focusing on pilot extrusion coating trials.

Utlysning:
Samverkan kring kommersiella tillämpningar med grafen, 2021

Projektpartners: RISE Innventia, 2D fab, Holmen Iggesund Paperboard, RISE

Projektledare: Andreas Fall, RISE

Projektform: Innovationsprojekt

Bidrag: 500 000 kr

Projektets löptid: april - november 2022

Relaterade projekt:
GrafCoat: Grafenbaserad extrusionsbeläggning för kartong

Relaterade styrkeområden: