VTT testar Thermocell -plastfilm av cellulosa och fettsyror vid tillverkning av livsmedelsförpackningar i samarbete med Arla Foods, Paulig, och Wipak. Termocellplastmaterial, som är gjord av förnybara komponenter, ska användas på samma sätt som fossilbaserad plast. Tack vare utvecklingsarbetet många funktioner i filmen uppfyller redan livsmedelsindustrins krav, och samarbetet har avancerat till att testa industriell produktion.

Förnybart ursprung och återvinningsbarhet av förpackningsmaterial är av allt större intresse för både konsumenter och förpackare. Biobaserade alternativ söks för oljebaserade, eller fossilbaserad plast, som kunde fungera, Begagnade, och återvunnet som traditionell plast. En ny lösning är cellulosa, den strukturella ingrediensen i växter som, precis som plast, består av stora polymermolekyler. När cellulosa extraheras från trä, det konkurrerar inte med livsmedelsproduktion, som många andra biomaterial gör. Dessutom, effektiva produktionsmetoder har redan fastställts vid framställning av cellulosa. Dock, cellulosa som sådan har saknat en viktig egenskap hos förpackningsplast:termoplasticitet.

En metod utvecklad av VTT möjliggör tillverkning av Thermocell plast, ett termoplastiskt ämne, av cellulosa och biobaserade fettsyror, som är lämpliga för applikationer som formsprutning, beläggning av papper och kartong, och 3D-utskrift. Det aktuella utvecklingsarbetet inom tillverkning av filmer ligger inom extruderingstekniken.

"Vi har flyttat från laboratoriet till större maskiner samtidigt som vi förbättrat filmens kvalitet. Vårt mål är att visa att Thermocellfilm kan produceras i industriell skala med samma utrustning som används för traditionella plastfilmer, med funktioner som uppfyller livsmedelsindustrins behov. Av denna anledning, Arla Foods, Paulig, och Wipak deltar också i forskningen, säger Jarmo Ropponen, forskargruppsledaren på VTT.

"Fokus i vår utveckling av förpackningar under de kommande åren ligger på återvinningsbarhet. Utvecklingen av förnybara, biobaserade material stöder våra långsiktiga mål. Utvecklingen av Thermocell kräver fortfarande arbete för att säkerställa att den kan användas med maskiner, och att den har lång hållbarhet, bland andra funktioner. Vi ville stödja materialutveckling så att kraven på våra produkter kommer att beaktas redan i de tidiga utvecklingsstadierna, säger Kati Randell från Paulig.

En tunn, hållbar, skyddande, och säker film krävs

Livsmedelsförpackningar gynnar filmer som är så tunna och hållbara som möjligt, men ändå skydda maten på ett säkert sätt. Thermocell har redan visat sig ge bra skydd mot vattenånga, och ingen av dess komponenter migrerar in i maten. Termocellfilm kan även värmeförseglas med hjälp av tillverkarnas standardutrustning.

En betydande prestation i utvecklingen av Thermocell är filmens mindre tjocklek. Med framsteg inom produktionsmaskiner, filmen har blivit jämnare, och dess tjocklek är redan nere till 100 mikrometer. Om materialet ska konkurrera mot tunna plastfilmer, tjockleken måste minskas ytterligare. Syftet är också att orientera filmen och därigenom förbättra dess styrka och dess skyddande egenskaper.

Feedback från partnerföretag har också gjort det möjligt för oss att se andra funktioner som är viktiga på marknaden. Friktionens egenskaper hos filmen är ett exempel på detta, så att det lättare skulle kunna användas på industriella förpackningslinjer, säger Ropponen.

Återvinningen av Thermocell har visat sig vara nästan lika med den för de vanligaste termoplasterna. Det kan smältas ner och extruderas igen minst fem gånger utan att dess egenskaper försämras avsevärt. Återvinning kräver fortfarande att det sorteras separat.

Termoplast biobaserad plast utan tillsatser

De första cellulosabaserade plasterna utvecklades redan innan någon ens tänkt på att använda olja som råvara. Cellulosaacetater, som fortfarande används flitigt, går tillbaka till den tiden men deras termoplastiska egenskaper kräver stora mängder tillsatser. Termocell, som framställs av cellulosa och fettsyror, visar termoplastiskt beteende utan några ytterligare ämnen alls.

I metoden utvecklad av VTT, cellulosapolymerer delas upp i kortare kedjor innan de tillsätts fettsyror, förbättra cellulosans reaktivitet, vilket gör det resulterande materialet mer termoplastiskt. På samma gång, det ger bättre skydd mot vatten och det kan lättare värmeförseglas.

"I våra senaste testkörningar har vi använt små mängder traditionella plasttillsatser eftersom de gör det lättare att tillverka film, och förbättra dess funktioner, säger Ropponen.

När forskargruppen har slutfört finjusteringen av de traditionella plastfilmstillämpningarna för att passa förpackarnas behov, fokus i utvecklingsarbetet kan flyttas till praktiska återvinningskoncept. Syftet är att anpassa filmen till insamlings- och återvinningssystem som används på huvudmarknaderna i världen.