Characterization of board impurities with a Raman device

Erilaisia epäpuhtauksia kulkeutuu paperinvalmistusprosessiin ja monenlaisia saostumia muodostuu paperinvalmistuksen prosesseissa. Epäpuhtaudet voivat aiheuttaa prosessiongelmia sekä alentaa tuotteen laatua. Epäpuhtauksien alkuperän ja koostumuksen selvittäminen edellyttää usein erilaisten analyysimenetelmien käyttöä. Epäpuhtauksien luokittelu on useasti välttämätöntä ennen tarkempaa kemiallista analyysia. Paperinvalmistuksen epäpuhtauksien kvalitatiiviseen luokitteluun on yleisimmin käytetty mikroskopian, IR-spektroskopian ja analyyttisen pyrolyysin menetelmiä. Raman spektroskopia on harvinaisempi menetelmä paperiteollisuuden tutkimuksessa. Raman instrumenttien kehittyminen on ollut voimakasta viimeisen vuosikymmenen aikana. Raman spektroskopia onkin osoittanut mandollisuutensa polymeerien, lääketeollisuuden ja polttoaineteollisuuden tutkimuksissa. Tässä työssä tutkittiin erään elintarvikepakkauskartongin epäpuhtauksia Raman spektroskoopilla. Työn tavoitteena oli selvittää Raman analyysin käyttökelpoisuutta kartongin epäpuhtauksien online-luokittelussa. Tutkimukset suoritettiin Spectracoden RP-1 Raman instrumentilla. Tutkimukset osoittivat, että näytteen fluoresenssi ja näytteen hajoaminen asettavat rajoituksia epäpuhtauksien Raman analyysille. Epäpuhtauksien online-tunnistaminen toimii käytettäessä suuria lasertehoja ja säteilytysaikoja. Näytteiden laserherkkyys ja fluoresenssi rajoittavat kuitenkin suurien laiteparametrien käyttöä. Laiteparametrien pienentäminen johti mittauksien signaali-kohina suhteen alenemiseen, mikä puolestaan aiheutti online-tunnistuksen toimimattomuuden.

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.

Cost efficient extractive removal of birch pulp

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää kustannustehokkaita keinoja uuteaineiden vähentämiseksi koivusulfaattimassasta. Uuteaineet voivat aiheuttaa ongelmia muodostaessaan saostumia prosessilaitteisiin. Saostumat aiheuttavat tukkeumia ja mittaushäiriöitä, mutta irrotessaan ne myös huonontavat sellun laatua. Lopputuotteeseen joutuessaan ne voivat lisäksi aiheuttaa haju- ja makuhaittoja, joilla on erityistä merkitystä esimerkiksi valmistettaessa elintarvikekartonkeja. Tämä työ tehtiin Stora Enson sellutehtaalla, Enocell Oy:llä, Uimaharjussa. Teoriaosassa käsiteltiin uuteaineiden koostumusta ja niiden aiheuttamia ongelmia sellu– ja paperitehtaissa. Lisäksi koottiin aikaisempien tehdaskokeiden fysikaalisia ja kemiallisia keinoja vähentää koivu-uutetta. Tarkastelualueina olivat puunkäsittely, keitto, pesemö ja valkaisu. Kokeellisessa osassa suoritettiin esikokeita laboratorio- ja tehdasmittakaavassa, jotta saavutettaisiin käytännöllistä tietoa itse lopuksi tehtävää tehdasmittakaavan koetta varten. Laboratoriokokeissa tutkittiin mm. keiton kappaluvun, lisäaineiden ja hartsisaippuan vaikutusta koivu-uutteeseen. Lisäksi suoritettiin myös happo- (A) ja peretikkahappovaiheen (Paa) laboratoriokokeet. Tehdasmittakaavassa tarkasteltiin mm. keiton kappaluvun, pesemön lämpötilan, A-vaiheen, valkaisun peroksidi- ja Paa-vaiheen vaikutusta koivu-uutteeseen. Uutteenpoistotehokkuutta eri menetelmien välillä vertailtiin niin määrällisesti kuin rahallisesti. Uutteenpoistotehokkuudella mitattuna vertailuvaihe oli tehokkain pesemön loppuvaiheessa ja valkaisun alkuvaiheessa. Pesemön loppuvaiheessa uutteenpoistoreduktiot olivat noin 30 % ja valkaisun alkuvaiheessa 40 %. Peroksidivaihe oli tehokkain käytettynä valkaisun loppuvaiheessa noin 40 % reduktiolla. Kustannustehokkuudella mitattuna tehokkaimmaksi osoittautui A-vaihe yhdessä peroksidivaiheen kanssa. Säästöt vertailujaksoon verrattuna olivat noin 0.3 €/ADt. Lisäksi kyseinen yhdistelmä osoittautui hyväksi keinoksi säilyttää uutetaso alle maksimirajan kuitulinja 2:lla, kun kuitulinjalla 1 tuotettiin samanaikaisesti armeeraussellua.

Customer expectation study in product development process and its role in strategy formulation

Tämä työ on tehty kansainväliselle metsäteollisuusyritykselle. Työn lähtökohtana oli tarve tutkia yrityksen mahdollisuuksia laajentaa toimintaansa uudelle markkinasegmentille, eläinruokapakkausmarkkinoille. Johtuen maailmanlaajuisesta eläinruoankulutuksen kasvusta, eläinruokapakkaukset ovat yritykselle mielenkiintoinen uusi markkina-alue. Onnistunut markkinoilletulo vaatii asiakastarpeiden ja -odotusten huomioimista tuotekehitys- ja markkinastrategian muodostamisessa. Tämän työn tavoitteena oli selvittää asiakkaiden odotuksia eläinruokapakkauksille, sekä mallintaa alalla vallitsevia ostoprosesseja. Asiakastarvetutkimus suunniteltiin perustuen kirjallisuuteen ja alustaviin markkina- ja asiakasanalyyseihin. Alustavat analyysit ovat tarpeellisia lähtötilanteen ja trendien selvittämiseksi. Itse tutkimus toteutettiin semi-konstruktoituna teemahaastatteluna. Haastateltavat edustivat USA:n ja Euroopan johtavia eläinruokavalmistajia ja pakkausten jatkojalostajia. Työn tuloksena saatiin yksityiskohtaista tietoa asiakkaiden odotuksista eläinruokapakkauksille, paperin ominaisuuksille ja paperitoimittajille. Lisäksi mallinnettiin ostoprosesseja paperitoimittajien, pakkausten jalostajien ja eläinruokavalmistajien välillä. Tulosten perusteella on analysoitu yrityksen mahdollisuuksia menestyä uudella markkinasegmentillä. Lisäksi työssä annettiin ehdotuksia tuotekehitys- ja markkinastrategian muodostamiseen.

Identifying Critical Business Success Factors of Paperboard Tray

Työn tavoitteena oli kartonkivuoan kriittisten menestystekijöiden ja kilpailuaseman selvittäminen jäähdytettyjen ruokatuotteiden markkinoilla Euroopassa. Kilpailija- ja tavoiteanalyysi suoritettiin kahden suomalaisen pakkaajan kesken. Pakkaajien haastattelut toteutettiin joko henkilökohtaisena tai sähköpostihaastatteluna. Muovi on yleisimmin käytetty jäähdytettyjen ruokatuotteiden pakkausmateriaali. Alumiinivuokien osuus on merkittävä erityisesti laatikkoruokien pakkauksena. Kartonkivuoille on kuitenkin havaittavissa selvää menestyspotentiaalia jäähdytettyjen ruokien pakkauksena. Kartonkivuokien hyvä imago ja edistyksellinen tuotekehitystyö mahdollistavat pakkaajien erityisvaatimuksien täyttämisen ja menestymisen markkinoilla. Kartonkivuoilla on useita ainutlaatuisia kilpailuetu- ja menestystekijöitä, kuten hyvä ulkonäkö ja painojälki. Suurin haaste on saada ruokatuotteiden pakkaajat tietoisiksi kartonkivuokien tuomista pakkausmahdollisuuksista.

Priorization of Customer Needs for Paperboard Trays

The objectives of the study were to introduce current issues of chilled and frozen food packaging, priorize certain customer needs and review brand owners’ opinions and ways of actions. Packaging industry and packaged food markets were reviewed. Interviews of food industry brand owners are used as data sources. Analytic hierarchy process was used to prioritize the customer needs. Food packaging, special features of ready meals, chilled and frozen food packaging, packaging industry and packaged food markets in Europe are approached using literature and market reviews and forecasts. In empirical part the customer needs of paperboard trays are prioritized. The most important features for brand owners are related in product safety and environmental issues. Paperboard trays have benefits compared to its competing packaging solutions. Paperboard is recyclable, from renewable source and it has good printability. Emerging issues of packaging technology are biodegradable package, elderly friendly features such as easiness of opening and re-closing possibility, brand protection and tamper evident solutions.

Nestepakkauskartongin kosteuden hallinta

Koska kartonki on hygroskooppista, sen kosteus on riippuvainen ilman lämpötilasta ja suhteellisesta kosteudesta. Liian korkea kosteus kartongissa aiheuttaa jäykkyyden alenemista, kartongin sitkeyttä, sekä pullistuneita pakkauksia kuluttajilla. Kosteusongelmia syntyy varastoinnissa, sekä kylmän rullan käsittelyn aikana lämpimissä tuotantotiloissa. Rullaa tulisi säilyttää tiiviissä paketissa, jotta se olisi suojattu ympäristön vaihtelevilta olosuhteilta. Jos pakkaus ei ole tiivis ja ympäröivä ilma pääsee kontaktiin kartongin kanssa kylmävarastoinnin aikana, nousee kartongin kosteus jo parissa vuorokaudessa yli 7 %:iin ilman lämpötilan ollessa 15 °C ja suhteellisen kosteuden 95 %. Kirjallisuusosan tavoitteena oli kartoittaa tekijät, joilla on vaikutusta kuitujen ominaisuuteen imeä itseensä kosteutta ympäröivästä ilmasta. Kokeellisessa osassa selvitettiin, oliko kartongin kosteuden nousu johtunut tasapainokosteuden nousemisesta. Painopisteenä oli tutkia kosteuden muutokset varastoinnin ja konvertoinnin sekä pakkaustuotteen käytön aikana. Simuloinnin avulla määritettiin kosteuden penetroituminen rullaan. Tutkittiin pakkausmateriaalien vesihöyrytiiveydet ja käärinnän vaikutus rullapakkauksen sisäisiin olosuhteisiin. Nestepakkauskartongin tasapainokosteus ei ollut muuttunut. Käytännön varastointikokeiden avulla havaittiin, että pinon päällimmäinen rulla altistui eniten ympäröivän ilman olosuhteiden muutoksille. Havaittiin myös kosteuseroa tämän rullan reunojen välillä. Mitä lyhyempi on varastointiaika kartongin päällystyksen jälkeen, sitä paremmin ehkäistään kosteuden noususta aiheutuvat haitat kartongissa. Maksimivarastointiaika rullille on 1,5 kuukautta, jolloin kartongin kosteus oli 6,5 % ja pinon päällimmäisessä rullassa noin 6,7 %. Pitkään varastoidusta kartongista valmistetuissa maitotölkeissä oli korkein kosteus, suurin pullistuma ja alhaisin otejäykkyys 10 päivän jälkeen täytöstä. Varastointiajan ollessa pitkä, kartongista tulee sitkeää ja venyvää, ja se sitoo enemmän kosteutta kuin mitä se on sitonut ennen varastoon tuloa. Skaivaus pienentää kosteuspenetraatiota raakakartonkiin, jolloin jäykkyys säilyy ja pullistuma pienenee pakkauksessa.

Contaminantes voláteis provenientes de embalagens plásticas: desenvolvimento e validação de métodos analíticos

Plastic packaging materials intended for use in food packaging is an area of great interest from the scientific and economic point of view due to the irreversible internationalization and globalization process of food products. Nevertheless, a debate related to food safety aspects has emerged within the scientific community. Therefore, the development of analytical methods that allow identifying and quantifying chemical substances of toxicological potential in the packaging is considered essential. This article focuses on the main analytical methods, including validation parameters, as well as extraction and quantification techniques for determination of volatile organic compounds from food packaging materials.

Validação de método analítico para determinar a migração de ε-caprolactama das embalagens para alimentos gordurosos

ε-Caprolactam (CAP) is a monomer of nylon 6 used as food packaging for bologna sausage, turkey blanquettes, fowl breast, pâtés and ham luncheon meat. After polymerization a part of the monomer can remain in the packaging and migrate into the food. The aim of this work was develop and validate a single laboratory method to determine CAP in ethanol 95% that simulates fatty food characteristics. Thus, linear range was 2 to 32 mg/L of CAP, detection and quantification limits were 0.83 and 1.63 mg/L, respectively. Repeatability showed Hor Rat values lower than 2 while recovery range was 97.5 to 106.5%. The method was considered adequate for purpose.

Determinação de compostos carbonilados e carboxilados em derivados de petróleo

Although metals and nitrogen/sulfur compounds have been the main concern of the petroleum industry, issues concerning the harmful effects on catalysts poisoning and product contamination by other contaminants such as oxygen-containing compounds have been raised. Trace amounts of carbonyl and carboxyl compounds in petroleum products can lead to catalyst poisoning. Additionally, oxygenates may be present in final polyethylene and polypropylene resins, affecting the quality of food packaging. In this work, we reviewed potential analytical approaches for oxygenates determination in petroleum products and report the features of each potential technique.

Nanocompósito de polpa de mamão e nanopartículas de quitosana para aplicação em embalagens

Nanocomposite materials have been incorporated into biopolymers, (e.g. hydroxypropyl methylcellulose), to improve their physical and chemical properties and enable them to be applied in food packaging, especially for their biodegradable and renewable properties. With this addition, fruit puree has been incorporated into the films to confer nutritional properties besides color and flavor. Chitosan is of interest in the packaging field since it is a biodegradable, bioabsorbable, antimicrobial agent. Furthermore, chitosan nanoparticles have been widely explored for their interesting properties and potential applications in food packaging. This work was divided into two stages: (1) chitosan nanoparticle synthesis; (2) addition of nanoparticles into HPMC and papaya puree films. Addition of chitosan nanoparticles to HPMC and papaya puree films improved film properties: mechanical, thermal and water vapor barrier. We have developed a novel nanomaterial with great potential for application in packaging to prolong the shelf life of food.

BIOFILMS BASED ON CANIHUA FLOUR (Chenopodium Pallidicaule): DESIGN AND CHARACTERIZATION

This work aims to (1) produce and characterize the flour obtained from two varieties of canihua, cupi and illpa-inia, and (2) evaluate the ability of these flours to form biofilms. The flours produced contain proteins, starches, lipids, organic substances containing phenol groups, and high percentages of unsaturated fatty acids. Films produced from the illpa variety presented lower water vapor permeability and larger Young’s modulus values than the films formed from the cupi variety. Both films were yellowish and displayed a high light blocking ability (as compared with polyethylene films), which can be attributed to the presence of phenolic compounds. Furthermore, they showed lesser solubility and water permeability than other polysaccharide films, which may be the result of the higher protein (12%–13.8%) and lipid (11%) contents in canihua flours, as well as the formation of a larger number of S–S bonds. On the other hand, these films presented a single vitreous transition temperature at low temperatures (< 0 °C), crystallization of the A and Vh types, and an additional diffraction peak at 2 = 7.5º, ascribed to the presence of essential fatty acids in canihua flour. Canihua flour can form films with adequate properties and shows promise for potential applications in food packaging, because it acts as a good barrier to incident ultraviolet light.

Elintarvikekelpoisten painovärien vertailu offsetpainatuksessa

Tässä diplomityössä tutkittiin kolmen eri painovärivalmistajan elintarvikekelpoisia arkkioffsetpainovärisarjoja ja verrattiin niitä keskenään. Tavoitteena oli löytää optimaalinen elintarvikekartonkipakkausten painamiseen soveltuva arkkioffsetpainoväri. Työn kirjallisessa osassa selvitettiin yleisesti offsetpainatusprosessia, painovärien koostumusta ja elintarvikekelpoisten painovärien eroavaisuutta verrattuna perinteisiin offsetpainoväreihin. Kirjallisuusosassa tuotiin esille myös niitä tekijöitä, joilla elintarvikekelpoisuus määritellään. Näistä yksi tärkeä osa-alue on migraatio-ongelmat, joka on lainsäädännön kannalta ajankohtainen. Kokeellista osaa varten koepainovärejä painettiin taivekartongille arkkioffsetpainokoneella. Painetuista arkeista tehtiin mittauksia, joissa käytettiin densitometrisia, kolorimetrisia, kromatografisia ja aistinvaraisia menetelmiä. Näillä pyrittiin tuomaan esille eroavaisuuksia tutkittavana olleiden painovärien välille. Koeajojen ja mittausten perusteella analysoitiin painatuksen laatua, painettavuutta, painovärien elintarvikekelpoisuutta ja kestävyyttä. Työn tulosten perusteella ei voida suoraan osoittaa, että jokin painovärisarja olisi toimivampi kuin toinen. Yksi johtopäätös olikin, että painovärien koostumusta ja painatusprosessia on mahdollista modifioida monella tavalla, jolloin voidaan parantaa joitakin painovärin ominaisuuksia. Yleisesti kokeet osoittivat, että perinteinen aistinvarainen tapa testata painovärin elintarvikekelpoisuutta on hyvin subjektiivinen ja antaa arveluttavia tuloksia. Koetuloksista oli kuitenkin havaittavissa, että uuden sukupolven vähemmän migraatiota aiheuttavat painovärit ovat elintarvikekelpoisempia kuin aikaisempien kehitysasteiden painovärisarjat.

Kartonkimateriaalien muotoutuvuus vuokien valmistuksessa

Diplomityön tavoitteena oli tutkia erilaisten elintarvikekartonkien muotoutuvuutta prässäämällä valmistettujen vuokien valmistuksessa. Kirjallisuusosassa käsiteltiin mm. kartongin muotoutuvuuteen vaikuttavia ominaisuuksia sekä lämpötilan ja kosteuden vaikutusta muotoutuvuuteen. Lisäksi kirjallisuusosassa käytiin läpi vuokien valmistusprosessi, jossa vuoka-aihiot valmistetaan stanssaamalla ja vuoat prässäämällä. Lopuksi on esitetty vuokien valmistuksessa kartongin muotoutuvuuteen vaikuttavia ajoparametrejä. Kokeellisessa osassa valmistettiin prässäämällä vuokia erilaisista kartonkimateriaaleista. Jokaiselle materiaalille etsittiin sopivat ajoparametrit erilaisissa kosteuspitoisuuksissa ja vertailtiin niiden muotoutuvuutta. Työ sisälsi myös kaksi laminointikoeajoa, jonka tuloksena saatuja materiaaleja verrattiin referenssi vuokakartonkiin. Vuokien todettiin muotoutuvan parhaiten kosteuden ollessa 7 – 9,4 % välillä. Työssä erottui kartongit, jotka muotoutuivat muita paremmin sekä kartongit, jotka muotoutuivat muita huonommin. Näiden muotoutuvuutta pyrittiin selvittämään mitattujen paperiteknisten ominaisuuksien avulla, mutta selvää yksittäistä selittävää ominaisuutta ei löytynyt. Parhaiten muotoutuvuutta kuvasivat kartonkien kuitukoostumukset. Laminoitujen rakenteiden todettiin muotoutuvan vuokakartonkia paremmin. Tähän vaikuttivat laminaattien korkeammat lujuus- ja venymäarvot.

Gelatin as an additive in bio-based barrier films

The main objective of the present study was to verify the approach on starch-gelatin blending for the paperboard coating formulations with enhanced barrier and mechanical properties. Based on that, another objective was to find out, how the approach will function with wood-based polysaccharides (CMC, EHEC and HPC) by analyzing their barrier properties and convertibility. The last objective was to find out, if pigments can be used in the composition of polysaccharide-protein blends without causing any negative effect on stated properties. The whole process chain of the barrier coating development was studied in the research. The methodology applied included pilot-scale coating and converting trials for the evaluation of mechanical properties of obtained coatings, namely their exposure to cracking with the loss of barrier properties. The results obtained indicated that the combination of starch with gelatin, in fact, improves the grease barrier properties and flexibility of starch-based coatings, thereby confirming the offered approach. The similar results were obtained for CMC, exhibited elevated barrier properties and surface coverage, proving that the approach also functions with wood-based polysaccharides. The introduction of equal amounts of talc gave various effects at different gelatin dosages on barrier properties of wood-based polysaccharides. Mainly, the elevation of grease barrier properties was observed. The convertibility of talc-filled coatings was not sufficient.