Trä ger nya råvaror för målfärger, lim och kartongförpackningarnas ytor

Case - Publicerad 10.6.2024

I björkens bark finns ypperligt material för ytbeläggning av kartongen på en saftburk eller en pappersmugg. Bland annat det här blev testat i ett mångsidigt forskningsprojekt, som hjälper industrin att ersätta fossila råvaror med biobaserade ämnen i målfärger, lim  och förpackningar.

Vattenbaserade dispersionsytbeläggningar rekommenderas, då man önskar skydda papper eller kartong på ett hållbart sätt mot fukt och fett i livsmedelsförpackningar, såsom i saftburkar och pappersmuggar. Sådana här skyddsytbeläggningar eller barriär-material brukar dock framställas av fossilbaserade polymerer.

”Det finns tillgång på några biobaserade barriär-material, men de har sina nackdelar. De är ofta rätt dyra eller så används i dem råvaror, som är möjliga näringskällor. Genom att använda träbaserade råvaror undviker vi dessa problem”, säger professor Henrikki Liimatainen från Uleåborgs Universitet, där han leder forskningsenheten för Fiber- och partikelteknik.

Liimatainen deltar med sina forskningsgrupper i det tvååriga SUSBINCO-projektet (SUStainable BINders and COatings), vars målsättning är att skapa bio- och vattenbaserade bindemedel och ytbeläggningar för användning i förpackningar, målfärger, lim samt slipprodukter. Projektet är gemensamt för sju finländska universitet och forskningsinstitut samt elva industriaktörer. Det fortsätter ännu några månader, men Liimatainen är redan beredd att berätta höjdpunkter från forskningen beträffande biobaserade dispersionsbarriärer.

”En av våra utgångspunkter var att använda som bindemedel träbaserade extrakt och som dispergeringsmedel andra träbaserade polymermaterial, såsom nanocellulosa.” Bindemedlets uppgift är att bilda dispersionsbeläggningens grundstomme, medan dispergeringsmedel användes för att stabilisera en flytande dispersion.

”På basen av hittills gjorda forskningar och analyser har vi utvecklat mycket lovande material”, fortsätter Liimatainen.

Känner du dessa termer?

Bindemedel
Bindemedlet håller ihop ytbeläggningen och fäster den på sitt underlag. Ytbeläggningens mekaniska egenskaper och hållbarhet bestäms långt på basen av bindemedlet. Bindemedel är typiskt polymerer.

Dispersion
Dispersion är en blandning av två i förhållande till varandra olösliga ämnen, där ett ämne är fördelat i små delar i det andra ämnet, i dispersionsmedium. I den vattenbaserade polymerdispersionen är polymerpartiklarna jämnt fördelade i vatten.

Dispersionsbeläggning
Dispersionsbeläggningen, ytan bildas, då polymerdispersionens vatten avdunstar och polymerpartiklarna som fungerar som ytans bindemedel bildar en enhetlig film. Till exempel latex-målfärgerna är vattenbaserade dispersionsytbeläggningar.

Dispergeringsmedel
Dispergeringsmedel används för stabilisering av flytande dispersion

Nanocellulosa
Nanocellulosa kallas cellulosamaterial, som av de yttre måtten åtminstone har ett på nanoskalan eller 1-100 nm.

Ett utmärkt par – suberin och nanocellulosa

Ett av projektets lovande forskningsobjekt är suberin. Det är en  komplex biopolymer, en blandning av polyestrar och andra föreningar, vilken fungerar som ett naturligt skyddsmaterial i trädets bark. Före forskningsprojektet har Naturresursinstitutet (Luke) undersökt suberin, som avskiljts från björkens näver, redan under flera år och var därför mycket beredd på att erbjuda råmaterial till forskningspartner tillsammans med VTT.

Liimatainen ansvarade  för Åbo akademins och VTT:s forskningsgruppernas följande fas, där det utvecklades en stabil dispersion av suberin och vatten genom att tillföra dispergeringsmedel. Forskarna testade befintliga dispergeringsmedel samt nya ämnen som byggde på nanocellulosa och andra polymerer, vilka de hade utvecklat för det här ändamålet. ”Vi lade märke till att det vårt nya dispergeringsmedel framställt av nanocellulosa förutom att det stabiliserade dispersionen också förstärkte barriärmaterialet.”

Hela värdekedjan med i forskningen

Liimatainen medger, att det framöver finns ännu mycket arbete innan suberindispersioner hittas i saft- eller mjölkburkar eller i pappersmuggar och -omslag. Han är dock övertygad, om att många av industrins  krav redan är uppfyllda med SUSBINCO-forskningsprojektet  som en följd av det utmärkta samarbetet.

”Till exempel de som utvecklat bindemedel får kontinuerligt respons av de som utvecklar dispersionen. I själva verket höll vi våra möten tillsammans, vilket innebar att 25-35 personer samlades regelbundet.”

Experterna vid VTT och LUT universitetet å sin sida framställde i projektet utvecklade dispersioner och testade deras lämplighet i ytbeläggningars och förpackningars  industriella produktionsprocesser. Enligt Liimatainen deltog hela värdekedjan i forskningen, medräknat specialiserade experter på livsmedelssäkerhet och förpackningsmaterialens nedbrytning och  återvinning från Östra Finlands Universitet och VTT.

”Förutom forskningsaktörerna deltog också våra samarbetspartners från industrin aktivt i forskningens varenda skede genom att dela med sig sina idéer och materialönskningar, vilket är ganska exceptionellt i grundforskningen”, säger Liimatainen.

Lignin – bindemedel för ytbeläggningar, lim och slipprodukter

En av samarbetsparterna i  SUSBINCO-projektet var globala företaget Teknos, som framställer målfärger och ytbehandlingsmedel.

”Vi söker kontinuerligt efter nya hållbara råvaror, som det finns bra tillgång på. Inom SUSBINCO-projektet förmår vi fördjupa vår insikt om det nuvarande utbudet globalt och om de nya möjligheter,  som den lokala forskningen om träbaserade material ger”, säger ansvariga för Teknos innovationer, forskningschef Pasi Virtanen.

Virtanen med sina kolleger deltog i forskningen rörande dispersionsytbeläggningar och dessutom i ligninforskningen. Lignin är en komplex polymer, som fungerar som ett naturligt bindemedel och om fås som en biprodukt vid cellulosaproduktionen.

”Samarbetsparterna i forskningen testade lignin från olika källor samt modifierad lignin. Lignin är inte lätt att använda som bindemedel, men tillsammans hittade vi lovande lösningar till alla användningsobjekt: trä- och metallytbeläggningar, lim och slipprodukter.”

För branschen behövs nya recept och processer

Virtanen berättar, att deltagandet i forskningens initialskede var en belysande erfarenhet för honom och hans kolleger, eftersom de har vant sig vid att framställa målfärger från färdiga komponenter.

”För oss blev det klart, att det inte finns tillgängligt just sådan biobaserade råvaror, vilka direkt kunde ersätta fossila. Vi, som tillverkar målfärger och andra ytbeläggningar behöver nya material för recepten, nya processer och till och med nya anordningar. Och för att alla nödvändiga förändringar kan skapas i värdekedjan, behövs tätt samarbete.”

Tidigare har en utvecklare av ytbeläggningar kanske lyckats nyttja råvaror, som har utvecklats för en annan ytbeläggning eller till och med för en annan industrigren, men enligt Virtanen kan biobaserade material minska på sådana här möjligheter.

”Vi behöver mera speciellt till målindustrin riktad forskning. Det här är dock ett litet område jämfört med hela den kemiska industrin, så vi behöver vara mycket aktiva och innovativa tillsammans.”

SUSBINCO-projektet koordineras av CLIC Innovation, och det är en del av det av  CLIC Innovation ledda 4Recycling-ekosystem. Projektet finansieras av Business Finland och är med i  ExpandFibre-lokomotivprogrammet.

Läs på engelska slutrapporten.

Tilläggsuppgifter om projektet kan du läsa (på engelska) här.

Författaren är frilans journalisten Marianna Salin. Tilläggsuppgifter om SUSBINCO-projektet kan du fråga CLIC Innovation bioekonomienhetens teamledare Aila Maijanen (aila.maijanen(at)clicinnovation.fi).