Grafen som barriär i förpackningsmaterial
Syfte och mål
Syftet med projektet var att undersöka grafens möjligheter i framtida förpacknings- och cellulosaapplikationer. Målen med projektet var att:
- Göra en litteraturstudie kring grafens användning i förpackningsapplikationer och dess interaktioner med cellulosa.
- Identifiera möjliga sätt att använda grafen i förpacknings- och cellulosaapplikationer.
- Bestämma olika basala fysikaliska egenskaper hos grafen som är viktiga i förpackningsapplikationer såsom egenskaper i polymersmälta, dispersionsbeläggningar och flockuleringsegenskaper.
Effekter och resultat
I projektet har exfolierade grafit nanoplatelets (xGnP) utsatts för skjuvspänning och ultraljud för att framställa grafenflagor. Litteraturstudien visar att grafen, om det appliceras på rätt sätt, starkt kan bidra till minskad permeabilitet av luft och vattenånga i barriärmaterial. Dispersionsegenskaperna av xGnP och hur olika koncentrationer av XGnP påverkar syrepermeabiliteten utvärderades i dispersionsbeläggningar bestående av biopolymer.
Skjuvningen, dragningsförhållandet och ytarean av xGnP, var parametrar vars påverkan på syrepermeabiliteten undersöktes genom extrudering av grafen – långkedjig förgrenad polyetenfilm av nanokompositer. Fördelningen av grafenflagor undersöktes med optisk mikroskopi. Resultaten i de första försöken visar att det är möjligt att producera polymerfilmer och beläggningar baserade på grafen (xGnP) som reducerar permeabilitet för syre med en faktor upp till 10 (för extruderad film).
Det finns dock en mängd utmaningar att lösa innan grafen kan kommersialiseras och bli gångbar som barriär i förpackningar. En av huvudutmaningarna är att fastställa mängden och fördelningen av grafen i filmerna tillsammans med filmernas övergripande struktur, vilken är nära förankrad i egenskaperna för dispersionen och kompabiliteten mellan grafen och det omgivande materialet. Ytterligare en utmaning är att optimera mängden grafen som behövs i filmerna för att reducera permeabiliteten av syre.
Effekterna av olika emulgeringsmedels påverkan på blandningens egenskaper har utvärderats. Resultaten visar att blandningens stabilitet ökar med ökad koncentration av emulgeringsmedel. Såväl försöken som litteraturstudien i projektet visar att funktionalisering av grafen (exempelvis grafenoxid) förmodligen blir en nyckelfråga för att framgångsrikt kunna applicera grafen i barriärmaterial.
Andra utmaningar är produktion av grafen i tillräckligt stora mängder till konkurrenskraftiga priser, tillgång till rent grafen, effektiva metoder att exfoliera xGnP (om det används som källa för grafen), och metoder att applicera grafenbarriärer i produktionslinjen samt potentiella säkerhetsaspekter med nanopartiklar. Avslutningsvis så behövs mer forskning för att ta itu med ovan nämnda utmaningar och därmed kunna möjliggöra användningen av grafen som barriär i förpackningsmaterial.
