Projektet pågick mellan november 2022 och maj 2023.
Konsumtionen av fossilbaserad plast fortsätter att växa, men mindre än 10% av det globala plastavfallet återvinns och bara 19% förbränns, medan den återstående majoriteten inte tas om hand. Det finns en stark motivation att ersätta fossilbaserad plast med hållbara alternativ. Stärkelse är en av de mest mångsidiga och vanligast förekommande biopolymererna som kan användas i biologiskt nedbrytbara plastförpackningar.
Vanliga bioplaster tillverkade av biopolymerer är ofta utmärkta syrebarriärer, men dåliga vattenångbarriärer på grund av deras hygroskopiska natur. För att förbättra barriärprestandan och möta kraven från förpackningsindustrin behövs additiv, som grafen. För detta ändamål har RISE utvecklat ett koncept för att blanda grafen i vatten med hjälp av stärkelse som dispergeringsmedel, vilket eliminerar behovet av tensider och därmed komplikationer från ytaktiva ämnen som försämrar barriäregenskaperna i kompositer.
Med detta koncept kan grafen ge kompositer både förbättrad syre- och vattenångbarriär samtidigt. Dessutom kan grafen också ge elektrisk ledningsförmåga som gör kompositer attraktiva för smarta förpackningar. I detta projekt utvecklade RISE och Billerud en vattenbaserad barriärformulering bestående av en stärkelsematris och grafenadditiv för hållbara pappersförpackningar.
Figur 1. Bilder från bestrykningsförsöken vid Billeruds anläggning. a Pappersrulle bestruket med stärkelsebaserade barriärformuleringar med och utan grafenadditiv. b Blankt pappersark (vänster), pappersark med stärkelse (center), pappersark med stärkelse och grafenadditiv (höger).
Deltagare
RISE Research Institutes of Sweden och Billerud.
Budget
Projektets budget var 1 MSEK.
Därför var detta viktigt
Behovet av förpackningar växer snabbt men de flesta förpackningarna är fortfarande tillverkade av fossilbaserade material som till stor del bidrar till de globala koldioxidutsläppen. Det finns en stark motivation från varumärkesägare, lagstiftare och konsumenter att gå över till hållbara alternativ. Konceptet i detta projekt, stärkelsebaserade barriärbestrykningar förstärkta med grafen, hade potential att uppfylla framtida kraven för förpackningsindustrin samt minska koldioxidutsläppen.
Förväntade resultat
Målet med projektet var att utveckla en vattenbaserad stärkelse-grafen-dispersion som i ett framtida projekt kunde implementeras i semipilotskaliga bestrykningsmaskiner, tillgängliga vid behovsägarens (Billerud) anläggningar för pappersförpackningar. Syftet var att ersätta konventionell fossilbaserad plast med hållbara alternativ.
De önskade resultaten var att:
(1) Få kunskap om materialutveckling.
(2) Verifiera om förutsättningar fanns för att implementera barriärformuleringen i bestrykningsmaskiner på semipilotskala vid behovsägarens anläggning.
Fokus låg på effektivitet, skala och förbättrad barriärprestanda. Den önskade effekten var att skapa marknads- och hållbarhetsvärde för slutanvändarna.
Konkreta resultat
Hypotesen är bekräftad. RISE utvecklade och skalade upp flera liter av stärkelsebaserade barriärformuleringar med grafenadditiv. Projektet kunde visa att de färdiga barriärformuleringarna som RISE levererade till Billerud var kompatibla med bestrykningsmaskinen på semipilotskala och bestrykningen på papper var industriellt gångbart. Projektet visade också att grafenet, i fristående filmer från dessa barriärformuleringar, förbättrade barriäregenskaperna hos stärkelse mot både syre och vattenånga.
Utöver dessa resultat har projektet fått en bättre förståelse för material- och formuleringsutveckling, mot tillämpningar kring bestrykning på semipilotskala. RISE har lyckats designa en industriellt relevant högskjuvningsblandare och har tagit fram protokoll för dispersionsbarriärformuleringar i multi-liters skala. Projektresultaten kan bli föremål för patentansökan, samt publikation i vetenskaplig artikel och har därför inte presenterats utanför detta projekt.
Extern synlighet
Projektet har inte presenterats externt i media, konferenser, eller liknande.
Nästa steg
Baserat på bekräftad hypotes och de lovande projektresultaten har projektet identifierat nya potentiella projektpartners (materialleverantörer, utrustning- och instrumentleverantörer, etcetera), för att skapa en värdekedja som kan vidareutveckla och skala upp dessa vattenbaserade barriärformuleringar, bestående av en stärkelsematris och grafenadditiv. Efter formellt beslut planerar projektet lämna in en ansökan till BioInnovation