VTT testaa selluloosasta ja rasvahapoista valmistettua Thermocell-muovikalvoa elintarvikepakkausten tuotantoon yhteistyössä Arla Foodsin, Pauligin ja Wipakin kanssa. Uusiutuvista ainesosista valmistettua Thermocell-muovimateriaalia aiotaan käyttää fossiilisen muovin tapaan. Kehitystyön ansiosta monet kalvon ominaisuudet vastaavat jo elintarviketeollisuuden vaatimuksia ja yhteistyö on edennyt teollisen tuotannon testaukseen.
Pakkausmateriaalien uusiutuva alkuperä ja kierrätettävyys kiinnostavat yhä enemmän niin kuluttajia kuin pakkaajiakin. Öljypohjaisille eli fossiilisille muoveille etsitään biopohjaisia vaihtoehtoja, joita voisi työstää, käyttää ja kierrättää kuten perinteisiä muoveja. Yhdeksi ratkaisuksi on nousemassa kasvien rakenneaine, selluloosa, joka koostuu muovien tapaan suurista polymeerimolekyyleistä. Kun selluloosaa tuotetaan puusta, se ei kilpaile ruoantuotannon kanssa, kuten moni muu biomateriaali. Lisäksi selluloosan tuotannossa on jo vakiintuneet ja tehokkaat tuotantomenetelmät. Selluloosasta puuttuu alun perin kuitenkin yksi pakkausmuoveille tärkeä ominaisuus: termoplastisuus eli lämpömuovattavuus.
VTT kehitti lämpömuovattavuutta elintarviketeollisuuden tarpeisiin
VTT:n kehittämän menetelmän avulla selluloosasta ja biopohjaisista rasvahapoista voidaan tuottaa termoplastista Thermocell-muovia, joka sopii muun muassa kappaletavaroiden valuun, paperin ja kartongin päällystämiseen sekä 3D-tulostamiseen. Kehitystyön painopiste on tällä hetkellä kalvojen valmistuksessa ekstruusio- eli suulakepuristusmenetelmällä.
”Olemme jo siirtyneet laboratoriosta isommille koneille ja parantaneet samalla kalvon laatua. Tavoitteenamme on osoittaa, että Thermocell-kalvoa voidaan valmistaa teollisesti samoilla laitteilla kuin perinteisiä muovikalvoja ja että sen ominaisuudet sopivat elintarviketeollisuuden tarpeisiin. Tämän vuoksi tutkimustyöhön osallistuvat myös Arla Foods, Paulig sekä Wipak”, sanoo tutkimustiimin päällikkö Jarmo Ropponen VTT:ltä.
”Pääpaino lähivuosien pakkauskehityksellemme on kierrätettävyydessä. Uusiutuvien, biopohjaisten materiaalien kehitys tukee pitkän tähtäimen tavoitteitamme. Thermocell-materiaalin kehitys edellyttää vielä työtä muun muassa koneajettavuuden ja säilyvyyden takaamiseksi. Halusimme lähteä tukemaan materiaalikehitystä, jotta tuotteidemme vaatimukset tulevat huomioiduksia jo varhaisessa vaiheessa kehitystä”, sanoo strategisesta pakkauskehityksestä vastaava Kati Randell Pauligilta.
Vaatimuksena ohut, kestävä, suojaava ja turvallinen kalvo
Elintarvikepakkauksissa suositaan mahdollisimman ohuita ja kestäviä kalvoja, jotka suojaavat elintarvikkeita turvallisesti. Thermocell on jo osoittautunut hyväksi suojaksi vesihöyryä vastaan, eikä siitä siirry mitään ainesosia elintarvikkeisiin. Thermocell-kalvoa voidaan myös kuumasaumata pakkausten valmistajien vakiolaitteissa.
Merkittävä saavutus Thermocellin kehityksessä on kalvon ohuus. Tuotantokokeiden edetessä kalvo on tasoittunut ja ohentunut jo 100 mikrometriin. Jotta materiaali olisi kilpailukykyinen ohuiden muovikalvojen kanssa, sitä on ohennettava edelleen. Tavoitteena on myös orientoida kalvoa eli parantaa sen lujuutta ja suojaominaisuuksia.
”Kumppaniyritysten palaute on auttanut meitä huomioimaan myös muita ominaisuuksia, jotka ovat markkinoilla tärkeitä. Tästä esimerkkinä on kalvon kitkaominaisuudet, jotta sitä voitaisiin käyttää pakkauslinjoilla”, Ropponen kertoo.
Thermocellin kierrätettävyys on todettu lähes yleisten termoplastisten muovien veroiseksi. Sitä voidaan sulattaa ja muovata uudelleen vähintään viisi kertaa ilman, että sen ominaisuudet merkittävästi kärsivät. Sen kierrättäminen vaatii nykyään vielä lajittelun omaksi jakeekseen.
Termoplastinen biopohjainen muovi ilman lisäaineita
Ensimmäiset selluloosapohjaiset muovit on kehitetty jo ennen kuin öljyä edes keksittiin käyttää muovien raaka-aineena. Tuolta ajalta ovat peräisin selluloosa-asetaatit, joita käytetään yhä yleisesti, mutta niiden termoplastisuus edellyttää suuria määriä lisäaineita. Selluloosasta ja rasvahapoista muodostettu Thermocell sen sijaan on termoplastinen täysin ilman lisäaineita.
VTT:n kehittämässä menetelmässä selluloosapolymeerejä pilkotaan pienemmiksi ennen rasvahappojen lisäystä, jolloin selluloosan reaktiivisuus paranee ja syntyvän materiaalin termoplastisuus lisääntyy. Samalla paranee myös sen suoja vettä vastaan sekä soveltuvuus kuumasaumaukseen.
”Viimeisissä koeajoissa olemme vielä hyödyntäneet pieniä määriä muovien perinteisiä lisäaineita, koska ne helpottavat kalvon valmistusta ja parantavat sen ominaisuuksia”, Ropponen sanoo.
Kun tutkimusryhmä saa säädettyä perinteiset kalvosovellukset pakkaajien tarpeisiin sopiviksi, kehitystyön painopiste siirtyy käytännön kierrätyskonsepteihin. Tavoitteena on sovittaa kalvo maailman päämarkkinoilla käytössä oleviin keräys- ja kierrätysjärjestelmiin.
