Projektet pågick mellan juni och november 2023.
Syftet med projektet var att ersätta skadliga papperskemikalier med nya polymera biobaserade, främst träbaserade, tvärbindare för att förbättra hållfastheten hos förpackningspapper när det utsätts för långvarig belastning i fuktig miljö. På så vis avsåg projektet att förbättra förpackningens prestanda.
Målet var att verifiera ett koncept för att producera hemicellulosa med optimala egenskaper för tvärbindning av cellulosamolekyler. Det handlar om att kemiskt modifiera hemicellulosa, så att de kan användas som tvärbindare vid papperstillverkning utan negativ påverkan på miljön eller hälsan.
I det här projektet skulle ett helt nytt tillvägagångssätt testas för att ersätta fossilbaserade tvärbindare med biobaserade tvärbindare. Dessa tvärbindare skulle dessutom potentiellt kunna framställas av svartlut – en avfallsström i massaindustrin som idag går till förbränning.
Deltagare
RISE Research Institutes of Sweden, RISE PFI, DS Smith, Metsä Board, Mondi Powerflute och StoraEnso.
Budget
Projektets budget var 1 MSEK.
Därför var detta viktigt
Den största fördelen med denna innovation var att materialegenskaper hos förpackningspapper skulle kunna förbättras med hjälp av miljövänliga, ofarliga och mer acceptabla tvärbindare när det gäller hälsoaspekter. Pappersprodukter skulle bli lättare att använda i kontakt med livsmedel. De nya pappersprodukterna förväntades kunna stå emot fukt bättre och ge fördelar för massa- och papperstillverkningsprocesser, samt återvinningsprocesser. Marknadspotentialen för en sådan typ av papperskemikalier skulle vara enorm. Därutöver skulle en sådan typ av innovation bidra till övergången från en fossilbaserad till biobaserad ekonomi.
Förväntade resultat
Projektet förväntades bidra till att aktörer inom värdekedjan för respektive industri, ges möjlighet att agera på samhällets krav på hållbara lösningar.
Konkreta resultat
Hypotesen är bekräftad, konkreta resultat är:
Produktion av karboximetylerade hemicellulosor med optimala egenskaper och två olika molekylvikter (låg och hög) genomfördes framgångsrikt. En karboximetylering med en substitutionsgrad av 1 uppnåddes.
Tvärbindning av industriellt papper med karboximetylerade hemicellulosor gav mycket goda resultat för krypning vid varierande fukt. Speciellt tvärbindning med karboximetylerade glucuronoxylan från bok (CM-bGX) med hög molekylvikt visade vid 105 °C härdningstemperatur en förbättring av krypmotståndet med över 50%. Detta resultat var över förväntan och indikerade att tvärbindning är möjlig att utföra i en pappersmaskin.
Andra mekaniska egenskaper bibehölls. En risk med tvärbindning är att pappret kan bli sprött, men detta undveks då karboximetylerade glucuronoxylan (CM-bGX) från bok med hög molekylvikt användes. I några fall blev mekaniska egenskaper till och med lite bättre.
Jämfört med andra tvärbindare finns stor potential att undvika problem vid återvinning, t.ex. med uppslagning av pappret och stickies i massan. Det finns även andra förbättringsmöjligheter vid användning av karboximetylerade hemicellulosor, exempelvis färre problem med retention vid papperstillverkningen eller sur hydrolys som uppkommer vid användning av syntetiska syror.
Leverabler:
- PowerPoint-presentation om resultaten
- Patentanmälan påbörjad
Figur 1. Till vänster: Illustration som schematiskt visar vanlig kemisk struktur i träfibrer och papper där cellulosamolekyler är bundna med fuktkänsliga vätebindningar (blå streckade linjer); och låst kemisk struktur med fuktresistenta kovalenta bindningar (röda linjer). Till höger: Illustration som visar hur cellulosamaterial kan låsas på två olika strukturella nivåer genom att använda högmolekylära tvärbindningar mellan fibrer (längre röda linjer) och lågmolekylära tvärbindningar mellan fibrillaggregat (kortare röda linjer).
Nästa steg
- Valideras med hjälp av tester (piloter, fältförsök, prototyper, demonstrationer).
- Integreras i mer avancerade utvecklingsprojekt eller mer tillämpningsorienterade FoU-projekt för uppskalning av tillverkningsprocessen och tillämpning av karboximetylerade hemicellulosor som tvärbindare.