Tiivispaperin rasvanläpäisyn luonnehtiminen

Työn tavoitteena oli kehittää Metsä Tissue Oyj:n Mäntän tehtaille uusi testimenetelmä leivinpaperin rasvanläpäisyn mittaamiseen. Uudella testimenetelmällä korvataan kaksi nykyisistä testimenetelmistä, jotka ovat aikaa vieviä ja epäluotettavia. Uudelta menetelmältä vaaditaan lyhyttä kestoa, hyvää toistettavuutta ja luotettavuutta sekä korreloivuutta nykyisiin testimenetelmiin. Nykyisissä testeissä leivinpaperilla paistetaan sikaa ja kanaa uunissa, jonka jälkeen tarkastetaan leivinpaperin läpäisseen rasvan määrää leivinpaperin alla olleen lautasen puhtauden perusteella. Sikatesti on huomattavasti kriittisempi kuin kanatesti, joten tässä työssä keskitytään sikatestin korvaamiseen uudella testimenetelmällä. Työn kirjallisuusosassa perehdyttiin rasvatiiviisiin papereihin, niiden valmistukseen ja ominaisuuksiin. Lähinnä keskityttiin tiivispaperin valmistukseen ja sen silikonointiin. Lisäksi esitettiin rasvanläpäisyn mekanismeja ja niihin vaikuttavia tekijöitä sekä rasvanläpäisyn mittaamiseen kehitettyjä menetelmiä. Kokeellisen osan alussa tehtiin esikokeita olemassa olevilla testeillä, kuten Helga- ja Tappi-rasvatiiveystestillä, DIN 53116 standardin mukaisella menetelmällä sekä DPM menetelmällä. Esikokeiden tarkoituksena oli selvittää missä määrin sikatesti korreloi muiden testimenetelmien kanssa. Näistä menetelmistä ei löydetty korrelaatiota sikatestiin, joten kehitettiin aivan uusi testimenetelmä. Kokeellisessa osassa tutkittiin sikatestissä leivinpaperin pidättämiä ja läpäisemiä aineita. Testeissä huomattiin, että leivinpaperin läpäisseet aineet olivat pääosin vesiliukoisia proteiineja. Leivinpaperin pidättämässä aineessa oli vettä, vesiliukoista proteiineja ja rasvaa, siasta riippuen hyvinkin erilaisissa suhteissa. Täten todettiin sikatestin huono toistettavuus ja luotettavuus. Uudessa testimenetelmässä leivinpaperia ja sen päällä olevaa koeainetta puristetaan määrätyllä paineella määrätyssä lämpötilassa, jonka jälkeen leivinpaperin läpäissyt rasva havainnoidaan leivinpaperin alla olevasta indikaattoripaperista. Lopuksi lasketaan tietynkokoisten läpimenotahrojen lukumäärän perusteella näytteelle rasvan läpäisyindeksi. Uusi menetelmä korreloi sekä sika- että kanatestin kanssa.

Rasvankestävät paperit ja kartongit

Rasvankestävyydellä tarkoitetaan sitä, että materiaali hylkii tai kestää rasvaa tietyn ajan läpäisemättä sen pintaa. Rasvankestäviä papereita ja kartonkeja löytyy kaikkialta. Erilaiset ruuanvalmistuspaperit, kuten esimerkiksi leivinpaperi ja voipaperi, ovat rasvankestäviä. Myös pakkauksissa käytetään paljon rasvankestäviä papereita ja kartonkeja. Rasvankestäviltä tuotteilta vaaditaan erilaisia ominaisuuksia riippuen niiden käyttötarkoituksesta. Pakkausmateriaaleilta vaaditaan esimerkiksi lujuutta ja kestävyyttä fyysistä rasitusta, valoa, hajuja ja mikrobeja vastaan. Ruuanvalmistusmateriaaleilta vaaditaan puolestaan lujuutta ja kestävyyttä lämpöä, kosteutta ja fyysistä rasitusta vastaan. Rasvankestäviltä papereilta vaaditaan rasvankestävyyden lisäksi hyvää vetolujuutta, märkälujuutta ja hyviä optisia ominaisuuksia. Neliömassan tulee asettua 20─80 g/m2 välille ja metallipitoisuudet eivät saa olla liian korkeat. Myös tuotteiden kierrätettävyys on nostanut asemaansa viimeaikoina. Tuotteen tuotannon ja itse tuotteen ympäristöystävällisyys ovat todella arvostettuja kuluttajan, tuottajan, Suomen, EU:n ja koko maailman näkökulmista. Jotta tuotteesta saadaan rasvankestävää, vaaditaan siltä erilaisia barrier-ominaisuuksia. Rasvankestävällä paperilla vaaditaan hyviä barrier-ominaisuuksia esimerkiksi rasvan, ilman, veden, vesihöyryn sekä hapen läpäisevyyksissä. Rasvankestäviä papereita ja kartonkeja voidaan valmistaa kemiallisilla ja mekaanisilla tavoilla. Happokäsittely ja fluorokemikaalien lisääminen ovat kemiallisia tapoja, kun taas sellun jauhaminen pitkään matalassa lämpötilassa on mekaaninen tapa valmistaa rasvankestävää paperia. Näiden tapojen lisäksi rasvankestäviä papereita voidaan tehdä erilaisten pinnoitusten avulla. Erilaiset muovit ovat yleisemmin käytettyjä pinnoitemateriaaleja. Esimerkiksi PE- ja PET-päällysteet ovat käytettyjä rasvankestävissä tuotteissa. Viime aikoina on kehitetty paljon erilaisia biomateriaaleja, joista voidaan tehdä rasvankestävä pinnoite. Lipideistä, hydrokolloideista ja erilaisista komposiiteista voidaan luoda uusien tekniikoiden avulla rasvankestäviä pinnoitteita. Rasvankestävyydestä voidaan saada jonkinlainen käsitys WVTR-asteen, Cobb-arvon ja kontaktikulman mittausten avulla. Rasvankestävyyttä voidaan myös mitata erilaisten standarditestien avulla. TAPPI:lla, ISO:lla ja ASTM:llä on useita erilaisia standardeja. Lähes kaikissa rasvankestävyysstandardeissa tuloksen saaminen perustuu visuaaliseen havaintoon, mikä aiheuttaa välillä hankaluuksia tulosten luotettavuuteen, koska tuloksen määrittää ihmissilmä, ja kaikilla testin tekijöillä on erilainen silmä, joka aistii eri tavalla.