Högpresterande barriärbeläggningar till förpackningar med biobaserade substrat – steg 1

Projektet pågick mellan maj och oktober 2023.

Genom ett unikt samarbete mellan RISE Research Institutes of Sweden, adapa Sweden Landskrona, Billerud och Chromogenics skulle pappersubstrat beläggas med SiOx i en roll-to-roll process. Detta nya koncept skulle ge ett fullt återvinningsbart förpackningsmaterial med goda syre och vattenbarriäregenskaper. Förpackningsindustrin är idag den största sektorn av oljebaserad plast. Förpackningar har en viktig funktion i att skydda livsmedel och undviker således att livsmedel förstörs. Plast har i detta fallen många goda egenskaper som bidrar till att skydda livsmedlet och öka dess hållbarhetstid som barriär mot syre och fukt, mekanisk styrka samt förseglingsbarhet.

Användningen av plast har ökat stadigt de senaste åren och var 1 705 000 ton år 2020 och då återvanns endast ca. 10% och 87% går till energiåtervinning eller bränsle. Plastförpackningar återvinns till en något högre grad men ändå återvinns blygsamma 18% enligt statistik ifrån FTI. Motsvarande återvinningsgrad för förpackningskartong och papper är 83%.

Målet med projektet var att verifiera hypotesen att det går belägga ett pappersubstrat med ett tunt ogenomträngligt skikt. Detta skulle göras genom att ett papper skulle modifieras hos Billerud för att sedan beläggas hos Chromogenics. En film av konventionell plast skulle också att beläggas hos Chromogenics som referensmaterial. Materialets barriäregenskaper mot syre och fukt skulle sedan utvärderas.

Deltagare

RISE Research Institutes of Sweden, adapa Sweden Landskrona, Billerud and Chromogenics.

Budget

Projektets budget var knappt 460 000 SEK.

Därför var detta viktigt

En extremt tunn beläggning på ett papperssubstrat skulle kräva mindre material än traditionella förpackningsmaterial. Lösningen skulle öka graden av återvinning och minska mängden avfall. Sannolikheten att förpackningen hamnar i havet och om så skulle ske kommer att förorena i form av mikroplaster.

Förväntade resultat

Projektet avsåg att visa på ett proof of concept för ett biobaserat, bionedbrytbart och återvinningsbart förpackningsmaterial med enastående barriärprestanda. Detta koncept var unikt i sitt slag på så vis att det kombinerade ett hållbart alternativ till oljebaserad plast med goda barriäregenskaper mot både syre och vatten som kan återvinnas i befintliga återvinningsströmmar. Under projektets gång skulle ny kunskap utvecklas inom alla steg inom produktionskedjan. Varje aktör skulle lära sig hur de ska kunna optimera sina produkter och processer.

Konkreta resultat

I tidigare studier har tunna skikt av SiOx använts för att förbättra barriäregenskaperna genom att belägga plastfilmer. Mot bakgrund av detta var projektets mål att ersätta fossilbaserade barriärskikt med tunna lager av SiOx (och Al eller Al2O4). Målet var att utvidga denna teknik till papperssubstrat genom en kontinuerlig process.

Av resultaten från testerna som utförts under projektet verkar det som att projektet har en liten förbättring, men det finns fortfarande studier att utföra för att få fram mer kunskap och kunna dra mer exakta slutsatser.

1. Det var möjligt att förbättra ett papperssubstrat genom olika beläggningsmodifieringar och karakterisera dessa förändringar. Trots det behöver den fullständiga effekten av dessa modifieringar, inklusive både modifieringen och beläggningen, valideras genom fler tester, särskilt barriärutvärderingar.
2. PVD sputter-processen och avsättningen av SiOx, Al och Al2O3 är möjliga; det finns dock en anmärkningsvärd risk för höga defekter, inklusive sprickor. Därför måste processen justeras och optimeras specifikt för pappersbeläggning.
3. Även om vissa förbättringar noterades i några av de undersökta beläggningarna, var syre- och vattenbarriäregenskaperna inte optimala och kräver ytterligare undersökning.
4. Marknadsundersökningen visar en betydande potential för denna applikation, och de första resultaten indikerar att ytterligare undersökning av genomförbarheten av denna process är berättigad för att överensstämma med de värden som beräknats i marknadsanalysen.

Nästa steg

Då projektparterna blev varse om många problem med tekniken under projektets gång, kommer RISE att fortsätta arbeta med denna på mindre skala. Projektledarens bedömning är att projektparterna inte har tillräcklig kunskap om hur tekniken fungerar på ett papperssubstrat för att tillämpas i större skala.

Den nya generationen mätceller för att mäta syrebarriären. Fotograf: Johan Olsson