Relative humidity and moisture impact on décor polyethylene adhesion

Abstract

Adhesion is the force keeping different materials together. In packaging materials this is important due to the many layers needed to protect its content. Retaining the packaging integrity is necessary to keep the long term storage capabilities of the packaging.
This thesis will focus on the outermost interface for adhesion in Tetra Pak packaging material. The interface in this case is polyethylene film laminated on a coated paperboard where moisture has been found to have an impact on adhesion levels, potentially causing problems to arise in filling machines and with end product.
By using standardized methods for measuring adhesion and moisture content, a strong relationship between the two was found and investigated. By mixing different compositions of clay coating it was possible to relate adhesion results to moisture content in the coating rather than in the board. It was also possible to relate commercial supplier board contents to adhesion results. A small series of atomic force microscope experiments were tried and seems like a promising tool for future investigation. No correlations were found between production settings and material properties for the samples investigated in this study.

Popular Abstract (Swedish)

Förpackningsmaterial är uppbyggda av ett flertal lager som alla fyller olika funktioner. En typisk förpackning består av polymerlager för att hindra fukt från att tränga in, papperslager för att skapa en struktur samt aluminiumlager för att skydda produkten inuti. Om ett eller flera av dessa lager skulle fallera så finns det en stor risk att produkten i förpackningen äventyras. För att undersöka hur väl lagren i materialet håller samman mäter man något som kallas adhesion eller vidhäftningsförmåga. På Tetra Pak har man märkt att adhesionen i yttersta polymerlagret som sitter laminerat mot papper minskar när förpackningar förvaras i fuktigt klimat. Förutom risken att produkten i förpackningen förstörs så kan man även få problem i fabrikerna om man använder ett material med dålig adhesion. Därför är det viktigt att undersöka detta fenomen.
För att utreda vad som händer och varför så har ett antal olika försök gjorts. Fukthalten i förpackningsmaterial och adhesionen i det tidigare nämnda gränssnittet har mätts i ett antal olika klimat och ett tydligt samband har hittats. En stor mängd blandningar av papprets ytbestrykning tillverkades för att undersöka om de olika komponenterna påverkade hur mycket fukt som fanns i gränssnittet. Genom att sedan jämföra resultaten med uppbyggnaden av förpackningsmaterialet gick det att koppla ökad eller minskad fukthalt till specifika komponenter.
Fukthalten i ett förpackningsmaterial som förvarats i ett fuktigt klimat kommer aldrig att nå samma fukthalt som samma material förvarat i torrt klimat. Detta fenomenet kallas för hysteres.
På Tetra Pak upptäcktes det att adhesionen inte uppvisade hysteres på samma vis som fukthalten i förpackningen. Vidare undersökning visade att fukthalt i ytbestrykningen av pappret inte heller uppvisade hysteres. Slutsatsen drogs att fukthalten i ytbestrykningen, inte pappret, påverkar den uppmätta adhesionen. En mindre undersökning av ytor med hjälp av atomkraftsmikroskop gjordes och detta ser ut som ett lovande verktyg för framtida studier.

• author: Bengtsson, Jonas
• supervisor: Baozhong Zhang
• organization: Centre for Analysis and Synthesis
• course: KASM15 20191
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Packaging material, adhesion, polymer technology, polymerteknologi
• language: English
• id: 9021754
• date added to LUP: 2020-06-26 11:13:15
• date last changed: 2020-06-26 11:13:15