Päällystetyn graafisen kartongin hajuominaisuudet

Diplomityön tavoitteena oli selvittää elintarvikepakkauksiin soveltuvan graafisen kartongin potentiaalinen hajun aiheuttaja. Lisäksi tavoitteena oli vähentää päällystetyn tasakoosteisen (SBS) kolmikerroskartongin hajutasoa keskittyen päällystyspastakomponentteihin sekä massaosaston jälkeen annosteltaviin kemikaaleihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin eri kartonkilajeja, päällystyspastoja ja sen sisältämiä komponentteja, pääpainon ollessa kuitenkin kartongin hajuominaisuuksiin vaikuttavien tekijöiden selvittämisessä. Lisäksi luotiin katsaus kartonkien aistinvaraisiin ja instrumentaalisiin määritysmenetelmiin. Instrumentaalisista määritysmenetelmistä käsiteltiin headspace –kaasukromatografia (HSGC) sekä korkeanerotuskyvyn nestekromatografia yhdistettynä massaspektrometriin (HPLC/MS). Kokeellisen osan alussa kartoitettiin päällystyskemikaalien sekä liima- ja retentioaineiden haihtuvat yhdisteet HSGC- ja HPLC/MS –tekniikoiden avulla. Kaasukromatografisesti analysoidut kokonaishaihtuvien tasot eivät poikenneet normaaleista tasoista, joten jouduttiin siirtymään HPLC/MS –menetelmään. HPLC/MS –tekniikalla on päästy tutkimaan herkästi haihtuvien typpiyhdisteiden amiinipitoisuuksia. Kemikaalimittausten perusteella vaihdettiin potentiaaliset hajua aiheuttavat kemikaalit, kovete ja synteettinen paksuntaja, markkinoilla oleviin vaihtoehtoisiin kemikaaleihin ja suoritettiin pilot -koeajo sekä tehdasmittakaavaiset koeajot. Työssä perehdyttiin myös varastoinnin aiheuttamiin vaikutuksiin eri kartonkilaatujen aistinvaraisissa ominaisuuksissa. Päällystyspastan kemikaaleista suuren hajukuorman aiheuttavat kovete, dispergointiaine, päällystyspigmentit ja lateksit sekä synteettinen paksuntaja. Kovetteen annostelumäärä päällystyspastoihin on alhainen, mutta sen sisältämä ammoniakkipitoisuus on kuitenkin huomattavan suuri. Kovete ohjaakin lopputuotteen ammoniakkipitoisuutta. Merkittävän metyyliamiinikuorman sisältää dispergointiaine. Sen vaikutus lopputuotteeseen voidaan olettaa vähäiseksi johtuen kemikaalin pienestä määrästä pastassa. Päällystyspigmenttien ja lateksien korkea metyyliamiinikuorma voi puolestaan aiheuttaa lopputuotteeseen huomattavan hajukuorman johtuen niiden suurista annostelumääristä. Eri synteettisille paksuntajille tehtyjen tutkimusten mukaan niiden hajukuormat olivat hyvin samankaltaisia ja vaikutus lopputuotteen kokonaishajutasoon jäi pieneksi. Aistinvaraisesti tarkasteltuna eri kartonkilaaduille saadaan eri hajutasoja. Elintarvikepakkauksiin soveltuvan graafisen kartongin hajutasot olivat korkeita muihin kartonkilaatuihin nähden niin tuoreena kuin varastoinnin jälkeen. Erityisesti tuoreen kartonkinäytteen metyyliamiinipitoisuus ylitti hajukynnyksen. Käytetty lateksi, kovete ja synteettinen paksuntaja näyttävät muodostavan niin tiiviin hajua koteloivan päällystekerroksen kartongin pinnalle, että hajua vapautuu pitkällä aikavälillä. Myös varastointi tiiviinä pakkauksena estää amiinien haihtumisen. Tutkimusten mukaan ammoniakkivapaalla PZC –kovetteella saadaan alennettua graafisen kartongin ammoniakkikuormaa huomattavasti. Tämä on vaikuttamassa myös lopputuotteen hajutasoon, jota on mahdollisuus alentaa käyttämällä ammoniakkivapaata kovetetta.

The objective of this thesis was to discover the potential odor sources of graphical board suited for food packaging. This thesis focused on components of coating color and chemicals dosaging after stock preparation. Another objective was to reduce the odor level of coated graphical board. The theoretical part of the study concerned different board grades and coating colors concentrating particularly on studying factors affecting odor of boards. Instrumental methods, such as, headspace gas chromatography (HSGC) and high performance liquid chromatography with mass spectrometry (HPLC/MS), used to identify volatile substances, as well as sensoric tests were used. The volatile substances originating from coating colors, coating chemicals, glues and retention aids were investigated by HSGC- and HPLC/MS -methods in the beginning of the experimental study. Based on these results the potential odorous chemicals, synthetic thickener and insolubilizer, were replaced with alternative chemicals. Their impact on the odor level of graphical board was examined both in pilot and in industrial scale. The effect of storage on the organoleptic properties of different board grades was also studied. Insolubilizer, dispersing agent, coating pigments, latexes and synthetic thickener contain a substantial odor load. The dosage of insolubilizer is no more than a few weight percent of the amount of pigment but the ammonium content of this chemical is considerably high. Of all the chemicals insolubilizer has the greatest influence on the ammonium load of graphical board. The main components of coating color, pigments and latexes, contain a great methylamine concentration that might affect the odor level of boards. Also the methylamine content of dispersing agent is very high. The effect of this chemical to the odor level of board will be insignificant because of the low portion of it in the coating color. The trial of synthetic thickener revealed that the odor loads of different synthetic thickeners were similar. Also the influence of synthetic thickeners on odor level of graphical board was insignificant. The odor level of graphical board before and after storage was high compared with other board grades. Especially before storage the methylamine content exceeded the odor threshold. Latex, insolubilizer and synthetic thickener used in coating color seems to form such a compact coating layer that odor encapsulates inside the board. Also the storage with compact packing will hinder the evaporation of amines. The odor level and ammonium load of graphical board was reduced by exchanging the ammonium containing insolubilizer for ammonium free insolubilizer.