TEKNOLOGIAKESKUS Korpintie 8 Puh info@ketek.fi KETEK OY Kokkola Fax

Transkriptio

1 !" # # TEKNOLOGIAKESKUS Korpintie 8 Puh info@ketek.fi KETEK OY Kokkola Fax

2 Tiivistelmä Ympäristöasiat ovat vaikuttaneet pakkausalan kehitykseen viimeiset 20 vuotta ja nykyisten ympäristöpaineiden vuoksi ovat markkinoilta poistuneet/poistumassa teknisesti erinomaiset pakkausmateriaalit, kuten PVC ja vaahdotettu polystyreeni. Ympäristöhaasteisiin sekä öljyriippuvuuden vähentämisen yhtenä vastauksena ovat biopolymeerit ja niistä valmistettavat biopohjaiset materiaalit, jotka voidaan käytön jälkeen kompostoida tai olettaa kompostoituvan luonnossa luontaisten bakteeri-/kiertoprosessien johdosta. Työn tarkoituksena oli nanopakkaus-, Info-OSKE- sekä FUPAK selvitysten lisäksi lisätä tietoa Kokkolan osaamiskeskuksen tarpeisiin, koska pakkausmateriaalien kehittäminen on nousemassa Kokkolan osaamiskeskuksen yhdeksi painopistealaksi. Pakkausmateriaalien kehittäminen liittyy osaamiskeskuksen toimintaan alueella toimivien muovi- ja kartonkiteollisuuden yritysten kautta. Selvityksen ja valmisteluhankkeen tavoitteena on aloittaa kilpaillun rahan hankkeita ja toimia osana elintarvike-, nano-, ympäristö- ja metsäklusterien välisiä yhteistyöhankkeita. Yhteistyötahoina ovat lähtökohtaisesti LTY (pakkausoppilinja), Varsinais-Suomen osaamiskeskus (FIF-klusteri ja painettava älykkyys), Kaakkois-Suomen osaamiskeskus (FIF-klusteri ja pakkaaminen) ja Kuopion elintarvikeklusteri. Ongelmana biomuoveilla ovat edelleen jossain määrin vastaavat asiat kuin mitä prof. Mikael Skrifvars on esittänyt biomuovien kehittämiskohteiksi eli hinta, ympäristö ja tekniset ominaisuudet sekä tuotanto. Tuotteilla on korkeat tuotantohinnat johtuen pienemmistä tuotantovolyymeistä. Ne kilpailevat polttoaineiden ja ruuan tuotannon kanssa ja asiakkaita vaaditaan täten maksamaan enemmän tuotteesta joka on vastaavasti pakattu. Maanviljelyksen ja biomassan tuotanto vaatii energiaa ja rasittaa ympäristöä lannoitteiden, korjuun jne. puolesta ja joissakin tapauksissa tuotanto on mahdollista vain käyttämällä geneettisesti muokattuja kasveja. Biomuovit haittaavat lisäksi nykyistä muovien mekaanista kierrätystä sekoittuessaan öljypohjaisiin muoveihin ja synnyttämällä vääriä mielikuvia kaikkien muovien kompostoitavuudesta. Teknisiltä ominaisuuksiltaan on biomuovien hankalaa kilpailla perinteisten öljypohjaisten muovien kanssa ominaisuuksien ollessa jokseenkin heikommat. Ongelmia ollut haurauden, matalan lämpövääristymälämpötilan, korkeiden kaasun ja vesihöyryn läpäisyominaisuuksien sekä pitkäkestoisten prosessiajojen kestämisessä, myös esimerkiksi Fazer-leipomoiden kokeilussa eivät nykyiset biohajoavat materiaalit ole kestäneet lämmön sekä kosteuden yhdistelmää, jolloin leivät pääsevät kuivumaan ja pakkaukset eivät kestä tiiviinä. Valmistusnäkökulmasta on raakaöljypohjaisten muovien tuotanto erittäin kustannus- ja energiatehokasta, mihin ei biomuoveilla tai luonnonkuitukomposiiteilla vielä täysin päästä. Lisäksi on mahdollisuus kehittää aluksi kompostoitavia tai kierrätettäviä kestomuoveja biopohjaisista raaka-aineista, jolloin tekniset ominaisuudet olisivat parempia kuin suoraan biohajoavilla muoveilla. Ongelmana on tällöin, että vastaavat biomuovit ovat lopputuotteina kuitenkin yhtä säilyviä ja kestäviä kuin polyolefiinit ja vaativat tällöin keräyksen sekä kierrätyksen. Lainsäädännössä on noussut esille biologiset tarpeet, kuten öljypohjaisten muovien korvaaminen biopohjaisilla ja muovijätteen sekä pakkausmateriaalien vähentäminen, mistä johtuen on yrityspuolelta osoitettu merkittävää kiinnostusta aihepiireihin. Lainsäädäntöön liittyen on lyhyellä aikajänteellä tulossa uusia määräyksiä ja tarkennuksia elintarvikepakkaamiseen niin nanoteknologioiden, biohajoavien sekä biopohjaisten muovien kuin muidenkin asioiden osalta. Samanaikaisesti on EU-komission valiokunnissa meneillään lakialoitteita koskien nanoteknologioita sekä niihin liittyviä EHS -asioita. Seuraavana askeleena olisi keskustella OSKE -toimijoiden sekä joidenkin yritysten kanssa etenemiseen ja kehittämiseen liittyvistä asioista. Kuten tuleeko joitakin uusia ideoita asiaan liittyen esille? Pakkauspuolen ja designpuolen toimijoita olisi myös hyvä olla paikalla, jotta esimerkiksi elintarvikealan yritykset tietäisivät, mistä voivat tilata tuotteita Suomessa sekä sen ovatko tuotteet elintarvikekelpoisia. Workshopissa voisivat myös elintarvikeyritykset tavata pienempiä pakkausyrityksiä ja tätä kautta luoda kontakteja toisiinsa. Jatkon kannalta olennaisia osa-alueita olisivat biopohjaisten muovien kehittäminen korvaamaan öljypohjaisia pakkauksia ja muoveja elintarvike- sekä muussa teollisuudessa. Biohajoavuutta voidaan kehittää toimijoiden tarpeen mukaan, mutta biohajoavat materiaalit jäävät todennäköisesti vain lyhytaikaiseen varastointiin sekä käyttöön sopiviksi. Raaka-ainepuolella olisi ehdotonta kiinnostusta niin kestävän kehityksen kuin yritystenkin kannalta selvittää tarkemmin teollisuuden jätevirroista tuotettavissa olevat biomuovi- ja luonnonkuitumateriaalit, mistä esimerkiksi biopohjaiset muovit PLA, PHB ja tärkkelysmuovit ovat helppoja polttaa sekä hävittää. Lisäksi sovellusalueella voitaisiin pakkausten yhteydessä selvittää myös energiahakkeen paalauskalvoa mahdollisesti kiinnostuneiden toimijoiden kanssa.

3 Sisällysluettelo 1. Johdanto Biopohjaiset ja biohajoavat muovit PHB CPLA PSM Mater-Bi Biomuovien ominaisuuksien vertailua ja käyttötutkimuksia TEKES Programme PLA:n, PS:n ja PET:n vertailua Optikassi-tutkimus Biohajoava tärkkelys-nanosavikomposiittikalvo elintarvikepakkaamiseen Paperi, kartonki ja muut kuitupohjaiset materiaalit Kartonki Ligniini Aikaisemmin esille tulleita kehitystarpeita Vaadittavat ominaisuudet ja ominaisuuksien muokkaus elintarvike-pakkaamisessa Analyysimenetelmät ja standardit Koostumusanalyysit Ominaisuusanalytiikka Koostumusanalyysien ja omakohtaisten kokeiden tuloksia Kontaktointi Jatkotoimenpiteitä ja johtopäätöksiä Kirjallisuus... 72

4 1. Johdanto Ympäristöasiat ovat vaikuttaneet pakkausalan kehitykseen viimeiset 20 vuotta ja nykyisten ympäristöpaineiden vuoksi markkinoilta ovat poistuneet/poistumassa teknisesti erinomaiset pakkausmateriaalit, kuten PVC ja vaahdotettu polystyreeni. Ympäristöhaasteisiin sekä öljyriippuvuuden vähentämisen yhtenä vastauksena ovat biopolymeerit ja niistä valmistettavat biopohjaiset materiaalit, jotka voidaan käytön jälkeen kompostoida tai olettaa kompostoituvan luonnossa luontaisten bakteeri-/kiertoprosessien johdosta. Pakkausalaan liittyviä kehitystarpeita on kartoitettu vuoden 2009 aikana KETEK Oy:n kehityspäällikön Leena Favénin toimesta, jolloin on olemassa oleviksi tarpeiksi määritelty esimerkiksi: - Aterioiden yhteydessä otettavat laatunäytteet, kompostoitavat pakkipussit, lämpöastiapussit ja sissiruokapakkausten sisältämien ruoka-aineiden kaikki kääreet sekä pakkaukset - Kompostoitava metsähakkuujätteen kääre, tähteille käytettävään paalausmenetelmään sopivana - Tulevaisuuden kustannustehokkaat puu-muovikomposiitit Työn tarkoituksena oli nanopakkaus-, Info-OSKE- sekä FUPAK -selvitysten tavoin lisätä tietoa Kokkolan osaamiskeskuksen tarpeisiin, koska pakkausmateriaalien kehittäminen on nousemassa Kokkolan osaamiskeskuksen yhdeksi painopistealaksi. Pakkausmateriaalien kehittäminen liittyy osaamiskeskuksen toimintaan alueella toimivien muovi- ja kartonkiteollisuuden yritysten kautta. Selvityksen ja valmisteluhankkeen tavoitteena on aloittaa kilpaillun rahan hankkeita ja toimia osana elintarvike-, nano-, ympäristö- ja metsäklusterien välisiä yhteistyöhankkeita. Yhteistyötahoina ovat lähtökohtaisesti LTY (pakkausoppilinja), Varsinais-Suomen osaamiskeskus (FIF-klusteri ja painettava älykkyys), Kaakkois-Suomen osaamiskeskus (FIF-klusteri ja pakkaaminen) ja Kuopion elintarvikeklusteri. Erillisiä tavoitteita: 1. Kartoittaa biomuovien/biohajoavien muovien ja biohajoavien kuitupakkausmateriaalien kehittämishankkeeseen osallistumisesta kiinnostuneet yritykset ja tutkimuslaitokset sekä yliopistot

5 2. Koetoiminnan kautta selvittää olemassa olevien biomateriaalien ominaisuuksia sekä koostumuksia 3. Selvittää tuotteiden vaadittavia ominaisuuksia elintarvikkeille 4. Selvittää mahdollisuuksien mukaan materiaalien modifiointia sekä ominaisuuksien testausta 5. Arvioida mahdolliset jatkotoimenpiteet sekä tehdä mahdollisten rahoitushakemusten esivalmistelut Aihepiireistä pyritään käsittelemään osat 1-4 budjetin raameissa ja katsomaan miten kohtaa 5. voitaisiin toteuttaa. 2. Biopohjaiset ja biohajoavat muovit Kehittyvä elintarvike -lehden vuoden 2009 julkaisun 4 teemaosassa on Helsingin yliopiston elintarviketeknologian laitoksen pakkausteknologian lehtori Harry Helen kirjoittanut näkemyksistään liittyen tulevaisuuden elintarvikepakkaamiseen. Erityisesti hän tuo artikkelissa esille elintarvikepakkaamiseen liitettävän älykkyyden ja tätä kautta RFID-tagit, mutta mukana ovat myös biohajoavat sekä kompostoitavat pakkausmateriaalit. Keskusliikkeistä esimerkiksi Wal-Mart (USA), TESCO (ENG) ja Metro Group (GER) ovat ottaneet tämän teknologian käyttöön ja hyödyntävät sitä jakeluverkoissaan. 1 Vastaavaa päätöstä ei ole vielä tullut Suomen keskusliikkeiltä, mutta esimerkiksi Stockmann on alkanut käyttää kompostoitavia muoviastioita lounassalaattiensa pakkauksissa. Lisäksi esimerkiksi Hesburgerilla on vastaavia salaattipakkauksia heidän valmissalaateissaan. K- ja S-konsernien puolella on myös aiempaa enemmän kiinnostusta, mutta aiemmilla biomuovien ominaisuuksilla omaavia pakkausratkaisuja yritykset ovat kieltäytyneet ottamasta vastaan. 2 Nanosensoreissa olisi tarpeena saada sensori, joka seuraa mikrobien toimintaa (erityisesti toksisia mikrobeja ja toksiinien syntyä) vaihtaen väriä tietyn pilaantumisasteen jälkeen eikä lineaarisesti kuten nykyiset lämpötilariippuvaiset indikaattorit. Tästä on pystyttävä kertomaan kuluttajille yksiselitteisesti. Informoinnin tarve on merkittävä kaikissa Suomen kauppaketjuissa näiden materiaalien suhteen. Tärkeänä osa-alueena ovat kaupat tuoneet esille myös sen, että pakkaukset

6 olisivat parhaimmillaan niiden ollessa helposti ja taloudellisesti poltettavissa. Kompostoitavuudelle tai biohajoavuudelle ei ole niinkään suurta kysyntää vielä. 2 Helposti pilaantuvien elintarvikkeiden pakkauksissa on jo käytössä tuoreusindikaattoreita, jotka seuraavat suojakaasuun pakatun elintarvikkeen pilaantumista. Vastaavanlaisten indikaattorien luomiseksi vaaditaan vahvaa perustietoa kyseisten elintarvikkeiden pilaantumisprosesseista ja tällöin muodostuvista yhdisteistä, jotka reagoivat indikaattorien kanssa synnyttäen jonkinlaisen värimuutoksen. 1 Samanaikaisesti on Helenin mukaan selvitetty antioksidanttien ja antimikrobisten aineiden lisäämistä pakkausmateriaaliin, jolloin elintarvikkeen säilyvyyttä voitaisiin parantaa elintarvikkeen pintaan ja pakkauksen sisätilaan vapautuvien yhdisteiden kautta. Tällöin pyritään vähentämään yleensä hapen, hiilidioksidin, etyleenin tai vieraiden hajujen vaikutuksia esimerkiksi absorboija pusseilla tai itse pakkausmateriaaliin kehitetyillä absorboijilla. Nanoteknologian ja bioteknologian kautta on pyritty luomaan uudenlaisia pakkausmateriaaleja, jotka olisivat kevyempiä ollen samanaikaisesti lujempia ja parempia suojia kaasuille, vesihöyrylle ja valolle tai kestäisivät paremmin lämpöä sekä kylmyyttä tai olisivat puolestaan antimikrobisia. Biohajoaviin muoveihin liittyen voidaan nostaa esille Hongkongissa määrätty haittavero kaikille muovipusseille ja San Franciscossa on muovipussien käyttö kokonaan rajoitettu. Tällöin voisi biohajoaville muovipusseille olla kysyntää 1, mutta pusseista on nostettu esille tavallista muovipussia suurempi hiilijalanjälki, minkä määrittämisen parametreista sekä asetteluista voidaan kiistellä aiheen hankaluuden sekä yleensä tutkimusalueen rajoittuneisuuden tähden. 3 Pullotusteollisuudessa on joko kokonaan siirrytty tai ollaan siirtymässä lasipulloista muovipulloihin, joista etenkin PET -pullot ovat tulleet esille esimerkiksi Suomessa. Mielenkiintoista on, että kierrätysominaisuuksiltaan optimaalinen, barrier-ominaisuuksiltaan ja tiiveysominaisuuksiltaan loistava lasi on korvattu suojaavuusominaisuuksiltaan heikommalla muovilla. Lisäksi lasista voidaan muotoilla ja käsitellä upeita esineitä, mihin muovi ei kykene. 1 Maailmalla suositaan biopohjaisiin ja/tai biohajoaviin pakkauksiin pakattuja elintarvikkeita enenevässä määrin johtuen juuri aiemmin mainituista keskusliikkeiden päätöksistä. Biomuovisia pakkauksia pyritään käyttämään ja kehittämään vihanneksille, juureksille, hedelmille, salaateille, makeis- ja suklaateollisuudelle, leipomoteollisuudelle sekä kananmunille. Lisäksi esimerkiksi USA:ssa on lähiaikoina lanseerattu PLA -pullo vedelle. Kyseisen pullon käyttöä ruokaöljyn

7 pakkaamiseen tutkitaan, mutta esimerkiksi alkoholi- ja hiilidioksidipitoistenjuomien pakkaaminen ei PLA -pulloon vielä onnistu. 1 Biomuovien tutkimuksen lisäämistä ajaa myös se, että maailman biomuovien tuotannon odotetaan kasvavan merkittävästi tulevina vuosina (Kuva 1). Kuva 1. Maailman laajuinen biomuovien tuotantokapasiteetti eri vuosina. 4 Tämän lisäksi biomuoveilla haetaan ympäristöystävällisyyttä sekä kestävää kehitystä muovien oletetun hiilineutraaliuden kautta (kuva 2).

8 Kuva 2. Biomuovien kierto elinkaaren aikana. 4 Biomuovien elinkaari on kuvan 2 mukaisesti neutraali hiilidioksidin suhteen, mikäli käytetään vielä edelleen kasvavia kasveja eikä aikuisia kasveja, jolloin kasvit eivät enää niinkään varastoi hiiltä vaan toimivat hiilen suhteen neutraalisti. 5 Standardissa SFS-EN on käsitelty biohajoavuuden sekä kompostoitavuuden määritelmät. Biohajoavuuden määritelmän mukaan orgaanisen kemiallisen yhdisteen hajoaminen mikroorganismien avulla hapen läsnä ollessa hiilidioksidiksi, vedeksi ja muiden läsnä olevien alkuaineiden kivennäissuoloiksi (mineralisaatio) sekä uudeksi biomassaksi tai hapen puuttuessa hiilidioksidiksi, metaaniksi, kivennäissuoloiksi sekä uudeksi biomassaksi 3-6 kk aikana. Hajoaminen voi myös tapahtua luonnossa suoraan ilman kompostointiolosuhteita. Kompostoitavuudessa on kyse vastaavasta tapahtumasta, mutta aikajänne on merkittävästi pidempi (n. 1-4 vuotta) kuin biohajoamisessa ja kompostoitavat materiaalit vaativat tietyt olosuhteet kompostoituakseen. Esimerkiksi maankaatopaikoilla ei jätteen tiiveydestä ja huonosta bakteerikannasta johtuen tapahdu juurikaan kompostoitumista. 6 SFS-EN mukaan jokaisen pakkauksen, pakkausmateriaalin tai pakkauksen osan, jonka on tarkoitus olla orgaanisesti hyödynnettävissä, tulee olla luonteeltaan ja lopullisesti biohajoava siten

9 kuin osoitetaan laboratoriotestein. Pakkauksen, pakkausmateriaalin tai pakkauksen osan tulee hajota biologisessa jätteenkäsittelyprosessissa. Pakkauksella tai pakkauksen osalla, jonka on tarkoitus esittää olevan orgaanisesti hyödynnettävä, ja joka toimitetaan biologiseen jätteenkäsittelyprosessiin, ei saa olla todettu olevan haitallista vaikutusta muodostuvan kompostin laatuun. 6 Nykyisissä biomuoveissa ovat vaihtoehtoisina materiaaleina polymaitohappo eri muodoissaan (PLA/PLLA/PDLA/PD/LLA, polylacticacid; Lacea, Lucty, Nature works) 7, polyhydroksialkanoaatit (PHA:t, polyhydroxyalkanoates) 7, polyhydroksybutyraatti (PHB, polyhydroxybutyrate) 9, polyhydroksybutyraatti-co-polyhydroksyheksanoaatti (PHBH, polyhydroxybutyrate-co-polyhydroxyhexanoate) 8, alifaattinen polymaitohappokopolymeeri (CPLA) 7, polykaprolaktoni (PCL, polycaprolactone; Tone, CAPA, Placeel) 7, polybutyraattistyreeni, (PBS, polybutyratestyrene; Bionelle, Skygreen BDP) 8, alifaattis-aromaattonen co-polyesteri (AAC, aliphatic-aromatic-co-polyesther) 8 ja tärkkelyspohjaiset tärkkelys-muoviseokset 7 kuten PSM 10 ja TPS 11, josta Mater-Bi ja Biopar ovat hyviä esimerkkejä 12. Tärkkelysmuoviseoksista on yleisesti mainittava niiden sekoitussuhteen olevan % tärkkelystä ja loput muovia. Tästä suhteesta ja muista materiaaleista (palonsuoja- ja väriaineet jne.) riippuen voivat materiaalien ominaisuudet vaihdella merkittävästi esimerkiksi kuumassa/kylmässä vedessä. Mikrobien toiminnan ansioista tärkkelys pilkkoutuu ja häviää, jolloin polymeeriketjun pilkkoutuessa materiaali heikkenee sen ohentuessa ja/tai reikiintyessä. Mikrobitoiminnan vaikutus on hidasta, mikäli tärkkelyspitoisuus on alle 60 %. Pitoisuuden ylittäessä raja-arvon mikrobitoiminta voimistuu merkittävästi. Riippuen tärkkelysmuovin materiaaleista voi pakkausmateriaali hajota viidessä päivässä kosteissa aerobisissa oloissa ja noin 45 päivässä hyvin hoidetussa kompostissa. 7 Tärkkelysmuoveista esimerkiksi LDPE -sekoituksia on kaupallistettu jo vuonna 1993 kauppanimellä ECOSTAR, jonka lisäksi muita kauppanimiä ovat olleet BIOPLAST (Biotec GmbH) ja NOVON (NOVON international). Näiden kaupallisten tuotteiden lisäksi on tärkkelyksen vaahdotusominaisuutta vesihöyryssä hyödyntämällä luotu polystyreenivaahdon korvaavia materiaaleja BIOPUR (Biotec GmbH), ECO-FOAM (National starch & chemical) ja ENVIROFILL (Norel). Materiaaleja voidaan käyttää tarjottimien tai kertakäyttöastioiden ja vuokien valmistukseen ja ne hajoavat vedessä mikrobitoiminnan ansiosta noin 10 päivässä vedeksi, hiilidioksidiksi ja biomassaksi tuottamatta liuokseen myrkkyjä. 7

10 Lisäksi ovat selluloosa-esterit kuten selluloosa-asetaatti (CA), selluloosta-asetaatti-butyraatti (CAB), selluloosa-asetaatti-ftalaatti (CAP) 7, maidosta saatava kaseiini-formaldehydi 1 sekä sarvimateriaali (80 % keratiinia) 7, joita ei käytetä elintarvikkeiden kanssa vaan niistä valmistaa erilaisia muovituotteita kuten nappeja, kyniä, sateenvarjon kahvoja ja eristeitä 7. Selluloosaasetaattia on käytettävä syttymisenestolisäaineiden kanssa, jotta sen syttymisominaisuuksia voidaan vähentää 7. Selluloosaestereiden ominaisuuksia on esitetty taulukossa 1. Taulukko 1. Selluloosaestereiden ominaisuuksia. 5 Ominaisuus Asetaatti Asetaatti propionaatti Asetaatti butyraatti Sulamislämpötila, C 230,0 190,0 140,0 Puristusmuovaus T, C ,0 204,0 129,0 199,0 Ruiskupuristus T, C ,0 268,0 168,0 249,0 Tiheys, g/cm3 1,22 1,34 1,17 1,24 1,15 1,22 Taitekerroin 1,46 1,50 1,46 1,49 1,46 1,49 Vetolujuus, Mpa 12,1 62,1 13,8 53,8 17,9 47,6 Venymä, % 6,0 70,0 29,0 100,0 44,0 88,0 Kimmokerroin, 10 2 MPa 4,48 27,6 4,14 14,8 3,44 13,8 Lämpölaajeneminen, 10-3 %/ C 8,0 18,0 11,0 17,0 11,0 17,0 Erikseen on vielä mainittava ligniinipohjaiset muovit, joista voidaan valmistaa esimerkiksi autojen, elektroniikan ja huonekalujen komponentteja ja kokonaisia tuotteita. Elintarvikesovelluksiin ei ligniinipohjaisia tuotteita vielä juurikaan ole. 13 Ligniinituotteet ja mahdollisuudet käsitellään tarkemmin luvussa 3 muiden luonnonkuitu- ja puumateriaalien joukossa. Lääketeollisuuden biopolymeerejä sekä biohajoavia biomateriaaleja ovat lisäksi polyglykolidi (PG, DEXON 1969), polydioksaani (PDS 1980), polytrimetyylikarbonaatti (PTMC, MAXON, ACUFEX, BIOSYN), polyuretaanit (DEGRAPOL, POLYNOVA), polyesteriamidit (CAMEO), polyortoesterit (POE I, POE II, POE III, POE IV, ALZAMER), polyanhydridit (GLIADEL, SEPTACIN), polypropyleeni fumaraatti (PPF), polyalkyyli syanoakrylaatit (PCA, DERMABOND), polyfosfasiinit, polyfosfoesterit (PACLIMER), proteiinit ja polyaminohapot kuten kollageeni (SULZER-SPINE tech, COSTASIS, FLOSEAL, PROMOGRAN, INTEGRA, ALLODERM, TRANSCYTE, ORCEL, APLIGRAF jne.), luonnolliset ja synteettiset aminohapot, elastiini, albumiini (CRYOLIFE INC.) ja fibriini (erilaiset tuotteen maailman laajuisesti kirurgiassa) sekä ihmispohjaiset (Hyaluronihappo HA ja Kondroitsulfaatti CS, HYAFF, OSSIGEL, SYNVISC, ORTHOVISC), että luonnon polysakkaridit (Kitiini, kitosaani, jne). 14

11 Materiaaleista ovat PLA:t, PHA:t (yleisesti), PHBH, PCL, PBS, AAC ja modifioitu PET käsitelty Kari Perttulan tekemässä Info-OSKE -selvityksessä 8 : biohajoavien muovien käyttö ja ominaisuudet. Näin ollen näitä materiaaleja koskevaa tietoa on saatavilla mainitusta selvityksestä ja niitä ei käsitellä tässä työssä erikseen vaan vertailtavina muiden materiaalien kanssa niiltä osin kuin se on mahdollista. Materiaaleista PHB, CPLA, PSM, Mater-Bi ja Biopar, ovat PSM ja Mater-Bi sekä Biopar tärkkelyspohjaisia muovimateriaaleja PHB:n ja CPLA:n ollessa sokereista käymällä tuotettuja materiaaleja. Luvuissa 2.1, 2.2, 2.3 ja 2.4 käsitellään tarkemmin PHB, CPLA, PSM ja Mater-Bi. Biopar jätetään tässä selvityksessä sivuun PHB PHB kuuluu polyhydroksyalkanoaatteihin ja on yksi tunnetuimmista sekä tutkituimmista ryhmän jäsenistä. PHB:tä muodostuu bakteerifermentaation kautta, kuten muitakin PHA:a 8, rajoitetuissa kasvatusolosuhteissa mikro-organismeilla Alcaligenes, Azobacter, Bacillus ja Pseudomonas, joista Alcaligenes eutrophus on eniten hyödynnetty bakteerikanta sen suuren tuottavuuden takia (tuotetta suhteessa jopa 85 % kuiva-aineesta). 9 Polymeerin primaarimuodostumistapa on hiilien yhteen liittäminen joko glukoosista tai tärkkelyksestä bakteerisolun soluseinämässä, jolloin PHB toimii bakteerille energiavarastona ja muodostuu vain, mikäli tavanomaisia energianlähteitä ei ole saatavilla. Biosynteesi käynnistyy kahden asetyyli-coa (ko-entsyymi A) -molekyylin kondensoitumisella asetoasetyyli-coa:ksi, josta kondensoituminen jatkuu edelleen hydroksybutyryyli-coa:ksi. Hydroksybutyryyli-CoA -molekyylit toimivat PHB:n monomeereina. 15 PHB:n käytöstä elintarvikepakkaamiseen on vähän näyttöä, mutta muita käyttökohteita on jokin verran esimerkiksi Mirel (entinen Monsaton Biopol nykyisin Metabolixin tuottama) biomuovi pakkaamiseen, kompostoitavien muovipussien, istutusmaljojen ja kasvupintojen valmistukseen. Mirelistä valmistetaan kestäviä muovituotteita niin teollisuudelle kuin kuluttajille. 16 Raaka-aineensa Metabolix tuottaa geenimanipuloiduilla tupakkakasveilla. 17 Monsato yritti ennen Metabolixia tehdä PHB:tä geneettisesti manipuloiduilla kasveilla suoraan ilman fermentaatiovaihetta. 18 Erilaisia PHB -pohjaisia tuotteita käytetään, ja käyttöä pyritään lisäämään, erityisesti kirurgiassa ja lääketieteessä niiden hyvien ominaisuuksien sekä käytännöllisyyden takia. 9,16,17 Eri biopohjaisilla muoveilla kuten PLA, PHB, PHV ja yhdistelmistä tehdyillä biomuoveilla on voitu osoittaa

12 murtuneen luun korjaantuvan nopeammin ja paremmin käytettäessä näistä muoveista valmistettuja nauloja ja kiinnikkeitä, jotka ajan kuluessa hajoavat kehossa eikä poistoleikkausta naulojen ym. poistamiseksi tarvita. 14 Buccin et. al. tutkimuksessa vuonna 2007 selvitettiin PHB:n hajoamista sekä käytettävyyttä elintarvikepakkaamisessa. Buccin et. al. mukaan kokeessa tutkittiin kannellisen PHB:stä ruiskuvaletun purkin käytettävyyttä elintarvikepakkaamisessa sekä sen kompostoitumista eri seoksissa verrattuna vastaavasti valmistettuun polypropeeni (PP) -pohjaiseen purkkiin. Buccin et. al. kokeissa suoritettiin pakkausten arviointi tarkastelemalla pakkauksia visuaalisesti, tekemällä pakkauksille migraatiokokeet ja valonläpäisykokeet sekä arvioimalla biohajoavuutta eri väliaineissa. 9 Visuaalisessa tarkastelussa oli Bucci et. al. mukaan havaittavissa, että vaurioituneet reunat syntyvät, mikäli materiaalia on liian vähän ruiskutuksessa ja tuotteen seinämät jäävät aaltoileviksi. Murtumia ja rakoja esiintyy perinteisesti valmistuksessa, jos kappale jää muottiin ja vaatii mekaanista irrotusta muotista. Kuplan muodostumista esiintyi, kun muotti ei täysin sopinut käytetylle materiaalille. Tuotteessa saattoi esiintyä myös valkoisia kohtia ruiskupään lähellä, mikä Buccin et. al. mukaan viittaisi työstön sopimattomuuteen materiaalille. Reunuksien puuttuminen puolestaan johtuisi Buccin et. al. mukaan pääasiassa muotin vääränlaisesta tai vajavaisesta täyttöasteesta. Pigmentoiduissa kappaleissa esiintyi pilkkuja, jotka viittasivat huonosti onnistuneeseen dispersioon. Visuaalisia virheitä voitiin vähentää merkittävästi käyttämällä uusimpia materiaaleja, jotka sopivat pakkausten valmistusprosesseihin Buccin et. al. mukaan. 9 Bucci et. al. valmistustekniikan osalta on biomuoveja valmistettaessa ruiskuvalulla huomattava, että L/D suhteen olisi pienenettävä perinteisessä muovin valmistuksessa olevia leikkausvoimia ja polymeerien olisi hyvä olla korkean molekyylipainon polymeerejä, jolloin prosessointilämpötila on alhainen, leikkausvoimat ovat riittävän suuret sekä tuotteen loppuominaisuudet ovat paremmat. Muotti olisi mitoitettava materiaalille, koska PHB kiteytyy hitaasti, jolloin on muotin lämmönsiirtoominaisuuksien oltava optimaaliset ja esimerkiksi perinteinen PP -muotti ei ole riittävä. Lisäksi olisi hyvän dispersion saavuttamiseksi käytettävä uusimpia polymeerejä 9, taulukossa 2 on esitettynä PP:n ja aikaisemman sekä nykyisen PHB:n mekaanisia ja valonläpäisyominaisuuksia.

13 Taulukko 2. PP:n ja PHB:n mekaanisia- ja valonläpäisyominaisuuksia. 9 Ominaisuus Menetelmä Yksikkö PP SMR 6170 PHB L02608/01 Nykyinen erä Valuvuus ASTM D1238 (230 C/2,16kg) g/10 min 9,0 ja 13,0 43,74 16,38 Tiheys ASTM D-792 g/cm3 0,9 1,23 1,24 Vedon vastustus ASTM D-638 MPa 25,0 32,03±0,98 35,80±0,54 (50mm/min) IZOD törmäyksen kesto ASTM D-256 J/m 55,0 13,30±4,54 30,00±1,50 Sulamisalue ASTM D-3418 C 160,0 175,0 173,30 174,70 Elastisuus moduli ASTM D-790 GPa 0,9 2,71±0,08 3,04±0,20 Murtovenymä ASTM D-638 % - 1,89±0,13 3,70±0,24 Valon läpäisy 250 nm % 20, nm % 55, nm % 70,0 0, nm % 75,0 0, nm % 80,0 1, nm % 85,0 2,50 - Valonläpäisykokeissa Bucci et. al. havaitsivat kirkkaan PHB:n toimivan hyvänä UV-suojana (%TE=0) alueella nm (3 % 750 nm aallonpituudella) ja pigmentoidun PHB:n toimivan tehokkaana valon ja UV-suojana koko nm (%TE=0 kokoalueella) aallonpituusalueella. Vastaavassa kokeessa PP:n arvot olivat 20,43 % 250 nm ja 84,21 % 750 nm. PHB sopisi Buccin et. al. mukaan elintarvikepakkaamiseen, jossa vaaditaan UV-suojaa aallonpituusalueelle nm (esimerkiksi soija, maito ja öljyt). 9 Migraatiokokeissa ja biohajoavuuskokeissa saivat Bucci et. al. rohkaisevia tuloksia. Migraatiossa kaikilla simulanteilla olivat kokonaismigraatiopitoisuudet alle 50 mg/kg. Migraatiokokeissa erityisesti selvitettynä osana oli Bucci et. al. työryhmällä migraatiot rasvoihin, joihin ei kokeiden perusteella siirry PHB pakkauksista mitään ylimääräistä kuten ei myöskään esiinny hajujen tai makujen muutoksia. Biohajoavuuskokeet Bucci et. al. suorittivat puutarhan maaperässä, ilmastetussa lannassa, anaerobisen reaktorin lietteessä, kodin vesisäiliössä (juomakelpoista vettä), orgaanisilla jätteillä (vihanneksien kuoria, ruoan tähteitä jne.) päivittäin täytettävässä koepisteessä, rasvasäiliössä, Garcia virrassa ( Garcia stream?) sekä septisessä säiliössä. Taulukossa 3 on esitettynä Bucci et. al. biohajoavuuskokeissa käytetyt väliaineet ja niiden ph:t. 9

14 Taulukko 3. Bucci et. al. biohajoavuuskokeissa käytettyjä väliaineita. 9 Koe Väliaine/Paikka ph 1 Kodin vesisäiliö (juom.) 8,49 2 Ilmastettu lannoitepeti 8,29 3 Orgaaniset tähteet 8,35 4 Puutarhan maaperä 6,64 5 Anaerobinen liete 7,05 6 Garcia virta 7,27 7 Rasvasäiliö 4,50 8 Septinen säiliö 8,95 Bucci et. al. mukaan on eri lähteissä ilmoitettu kompostoitavuuden ja biohajoavuuden riippuvan useista eri tekijöistä, kuten läsnä olevista mikro-organismeista, ph:sta, lämpötilasta, näytteen pintaalasta, väliaineen kosteudesta, hapen saannista ja väliaineessa läsnä olevista ravinteista. Bucci et. al. kokeissa ei hajoamista tapahtunut ollenkaan juomakelpoisessa vedessä, mutta orgaanisia tähteitä sisältävässä väliaineessa kuten jätevedessä ja tähteissä hajoaminen tapahtui noin 90 päivässä. Näin ollen voitaisiin PHB:stä valmistettu pakkaus kompostoida orgaanisten jätteiden seassa, jolloin hajoamisaika on vastaava tavanomaisen kompostoitumisen kanssa. 9 Bucci et. al. mukaan kompostoidusta lannasta muodostetussa ilmastetussa väliaineessa oli hajoaminen hidasta ja miltei yhtenäistä koekappaleiden suhteen. Rasvasäiliössä puolestaan ei tapahtunut Bucci et. al. kokeissa kappaleiden painonmuutosta, mikä viittaisi mikrobien toiminnan vähäisyyteen ja voi johtua alhaisesta ph:sta sekä alhaisesta veden aktiivisuudesta. Anaerobisessa septisessä säiliössä tapahtui hajoaminen kokonaan 90 päivässä ja jo 60 päivän kuluttua olivat koelevyt merkittävästi hajonneet. Bucci et. al. mukaisesti olisivat näiden kokeiden tulosten pohjalta PHB -pakkaukset suositeltavissa elintarvikepakkaamiseen etenkin valon- ja UVsuojaominaisuuksiensa puolesta sen ollessa lisäksi tehokkaasti hävitettävissä, jolloin se sopisi hyvin erityisesti lyhyen hyllyiän omaavien tuotteiden pakkaamiseen CPLA CPLA on sekoitus uusiutuvia bioraaka-aineita (esimerkiksi PLA) sekä alifaattisia polyestereitä kuten dikarboksyylihappoa tai glykolia, minkä kovuus tai pehmeys riippuu alifaattisten

15 polyestereiden määrästä seoksessa. Materiaali on helposti käsiteltävissä ja se on termisesti stabiili 200 C lämpötilaan asti. Poltettaessa CPLA:n lämmityksen ja hiilidioksidin määrä ovat noin puolet tavallisen synteettisen polymeerin, kuten PE ja PP, arvoista eikä polton yhteydessä synny myrkyllisiä yhdisteitä. CPLA on kompostoituva materiaali, jonka hajoaminen alkaa luonnossa voin 5-6 kuukauden kuluessa ja yli 95 % massasta on hävinnyt noin 12 kuukauden kuluttua. Mikäli CPLA on kompostoituna ruokajätteen kanssa, biohajoaminen alkaa jo kahdessa viikossa PSM PSM on tärkkelysmuovi-materiaali, joka on biohajoava termoplastinen hartsi ja tuotu markkinoille vuonna PSM koostuu maissitärkkelyksestä, muista biohajoavista materiaaleista sekä synteettisistä kestomuoveista kuten polypropyleeni (PP) ja polyetyleenitereftalaatti (PET), joiden määrä ei kuitenkaan saa ylittää EU:n standardissa EN biohajoaville ja kompostoitavilla materiaaleille määritettyä 10 % pitoisuutta. 10 Maissitärkkelys koostuu 1,4--D-glukopyranosyyliyksiköistä, jotka muodostavat lineaarisen amyloosimolekyylin (glukopyranosyyli-yksiköt peräkkäin) sekä oksasteisen (5 % 1,6--D-glucopyranosyyliyksiköitä oksasteina) amylopektiinimolekyylin. Maissitärkkelyksessä näiden suhde on yleensä 70:30 amylopektiiniä ja amyloosia. 19 Maissitärkkelys käsitellään PSM materiaalissa, jotta materiaalin lämmönkestokyky paranee. Tällöin PSM on myös yksi harvoista biohajoavista muoveista, jotka kestävät korkeita lämpötiloja. Valmistuksessa PSM kuivataan 66 C lämmössä viisi tuntia tai 82 C lämmössä kolme tuntia. 10 Käsittelyprosessissa maissintärkkelys sekoitetaan selluloosan ja entsyymien kanssa suuressa sekoitussäiliössä kondensaation sekä polymerisaation aikaan saamiseksi. Kondensaatio ja polymerisaatio muokkaavat tärkkelyksen ominaisuuksia, milloin entsyymien lisäämisen ja silloitustekniikka muovaavat tärkkelyksen molekyylirakenteen kolmea pääominaisuutta. Muokkauksessa hydrofiilisyys vaihdetaan hydrofobisuuteen, lämpöherkkyys käsitellään lämmön kestävyyden lisäämiseksi ja hauraan materiaalin muovaaminen joustavaksi. PSM muodostaa käsittelyssä PSM kiteitä, jotka syötetään kaksiruuviekstruuderiin jatkuvatoimista plastisoimista varten. PSM:n jäykkyyttä lisätään useilla seostuksilla, jolloin osa kosteudesta poistuu ja PSMgranuleita voidaan muodostaa helpommin. 20 Ruiskuvalun ja ekstruusion työstölämpötilojen pitää olla rummussa noin 171 C ja suuttimessa 182 C. PSM voidaan käsitellä vastaavilla laitteilla lämpömuovaus- ja ruiskuvalulinjoissa kuten perinteisiäkin muoveja. 10

16 PSM:n säilyy hyvänä hyllyssä ja sisätiloissa, mutta hajoaa kompostissa sekä mahdollisesti kosteassa maaperässä, merivedessä, raikkaassa vedessä ja aktiivilietteessä, jossa on mikro-organismeja. Pehmenemislämpötila on PSM:llä 125 C ja sulamislämpötila noin 156 C. Nykyisin PSM voidaan hyödyntää monissa muovin käyttökohteissa kuten ruokapakkauksissa ja aterimissa, hygieniatuotteissa, muovipusseissa, väliaikaisissa rakennusputkissa, teollisissa vaahtomuovipakkauksissa, teollisuuden ja maatalouden kalvoissa, ikkunaeristeissä, rakennuspalikoissa ja kukkaistutuksissa. PSM voidaan hävittää polttamalla paremmin kuin perinteisten muovien ollessa kyseessä. Syntynyttä vaaleaa kuonaa voidaan käyttää esimerkiksi lannoitteena. 10 PSM materiaaliin liittyviä asioita: - Raaka-aineena käytettävä maissitärkkelys on uusiutuva luonnonvara 20 - Materiaali hajoaa täysin hiilidioksidiksi ja vedeksi, mikäli PP/PET:ä ei ole läsnä 20 - Materiaalin valmistuksessa ei synny jätevettä, kaasuja tai muita jätteitä, mikäli valmistus on integroitu riittävän pitkälle 20 - Materiaalia voidaan käsitellä esimerkiksi kalvopuhalluksessa, ruiskutuksessa, ekstruusiossa ja vaahdotuksessa eri tuotteiden valmistamiseksi, uusia laiteinvestointeja ei tarvita perinteisten muovin työstölaitteiden ollessa riittäviä 20 - Tuoteominaisuuksien etuja ovat veden ja öljyn kesto, korkea sulamislämpötila sekä mikroaaltouunisopivuus 20 - Hajoaminen saadaan aikaan kompostoinnissa (n. 180 päivää -> 90 % pitäisi olla kompostoitunut) ja materiaali voidaan myös polttaa, josta vaaleata kuonaa voidaan teoriassa hyödyntää lannoitteena 20 - Materiaali on edullinen (1 /kg) 19 verrattuna esimerkiksi PLA:han 20 - On ISO 14851, US FDA , US ASTM 6400 ja EU EN mukainen 20 - Biopohjaisia lisäaineita käyttämällä voidaan parantaa tuotteen laatua ja lisätä tärkkelysmuovin biohajoavuutta sekä myytävyyttä kaikkiin pakkausratkaisuihin 21 Mahdollisuuksien mukaan olisi tarkoituksena aloittaa Suomessa hanketoimintaa ja tutkimusta tärkkelyksen korvaamiseksi jollakin elintarviketeollisuuden (esimerkiksi juuston ja maidon

17 valmistuksen jätevirrat, mehun puristuksen puristusmassat) tai metsäteollisuuden sivuvirroista saatavilla biopolymeerillä Mater-Bi Mater-Bi on Novamont -konsernin kehittämä tärkkelysmuovi, joka valmistetaan maissin tärkkelyksestä, soijapavuista saatavista lisäaineista ja raakaöljypohjaisesta PCL:stä. Mater-Bi:stä valmistetaan esimerkiksi muovipusseja 12 ja kuulakärkikynien muovikuoria (Lecce pen) 12. Mater- Bi:llä on voimassa oleva EN sertifikaatti 12, jolloin materiaali hajoaa alle 6 kuukaudessa 90 %:sti, pilkkoutuu alle 2 mm kappaleiksi ja häviää näkyvistä (alle 10 % massasta jäljellä), raskasmetallipitoisuudet ovat pienet ja kompostin toiminta ei heikkene kompostoitaessa. Lisäksi materiaalin ph, suolasisältö, haihtuvat kiintoaineet, N, P, Mg ja K pitoisuudet pysyvät vakaina kompostoinnin aikana. 6 Novamont on verrannut Mater-Bi:stä valmistetun muovipussin elinkaarta paperipussin ja polyetyleenistä valmistetun muovipussin elinkaariin. Tässä vertailussa oli pyritty kattamaan kaikki elinkaaren vaiheet raaka-aineista ja valmistuksesta, tuotteen hävittämiseen sekä kuljettamiseen. Kuvassa 3 on esitettynä Novamontin elinkaarianalyysissään käyttämät askeleet eri tuotteille. 12

18 Kuva 3. Novamontin tekemässä elinkaarivertailussa huomioitavat askeleet paperi, Mater-Bi ja PE-pusseille. 12 Novamontin suorittamassa elinkaarivertailussa oli käsitelty pusseja, joita käytetään ja hävitetään Sveitsissä 12 ja tutkittujen pussien materiaalit oli valittu eniten käytettyjen pussien mukaan. Valittujen pussien tietoja on esitetty taulukossa 4. Taulukko 4. Novamontin elinkaarivertailussa käyttämien pussien tietoja. 12 Mater-Bi-pussi Paperipussi PE-pussi Materiaali Z-luokan Mater-Bi Kraft paper HDPE Alkuperämaa PCL:USA maissi: FranceMater-Bi : Italy Paperi: Ruotsi, Pussi: Switzerland Granulit:Malesia, Pussi: Malesia Hävitys Kompostointi Kompostointi Poltto Mitat, mm ( )x440 ( )x510 ( )x600 Paino, g 9,50 59,60 7,04 Novamontin elinkaarilaskenta perustui vaikutuspohjaiseen malliin (Heijings, 1992; BUWAL 1996) käyttämällä ECO -indikaatiomallin kategorioita, minkä pohjalta määritys oli tehty EMIS (Environmental management and informaation system)-ohjelman versiolla 2.2. Elinkaarimäärityksistä oli vastannut Novamontin ulkopuolinen Sveitsiläinen yritys EN ISO standardin mukaisesti. 12 Pussien kokonaisenergian kulutukset on esitetty kuvassa 4.

19 Kuva 4. Novamontin elinkaarivertailussa käsittelemien pussien kokonaisenergian kulutukset materiaalia kohti. 12 Kuvassa 5 on puolestaan esitetty laskennalliset kasvihuonekaasupäästöt hiilidioksidina (CO 2 ) laskettuna.

20 Kuva 5. Novamontin elinkaarivertailussa laskemat hiilijalanjäljet materiaalikohti. 12 Taulukossa 5 on esitettynä vielä PE- ja paperipussin vertailua Mater-Bi -pussin suhteen. Taulukko 5. Novamontin suorittaman elinkaarivertailun materiaalivertailua suhteessa Mater- Bi:n. ++ =Mater-Bi on paljon parempi, +=parempi, 0= ei eroa, - = huonompi, - - = paljon huonompi. 12 Verrattuna Mater-Bi-pussiin Vaikutuskategoria Paperipussi PE -pussi PE -pussi poltettuna elintarvikejätteen yhteydessä Energia Hiilijalanjälki Happamoituminen Rehevöityminen Otsonin muodostus Myrkyt ilmaan Myrkyt veteen Suolaantuminen Syntyvää jätettä

21 Taulukon 5 ja kuvien 4 sekä 5 pohjalta voidaan sanoa Novamontin elinkaarivertailun tuloksena, että paperipussi on selvästi heikompi PE -pussin ollessa suunnilleen vastaava Mater-Bi -pussin kanssa. Mikäli PE -pussi hävitetään polttamalla muun yhteiskuntajätteen joukossa, voimistuvat sen aiheuttamat ympäristövaikutukset merkittävästi. 12 Tutkimuksessa on muistettava, että tuotetta valmistavan yrityksen rahoittamana ja todennäköisesti hallinnoimana sen tuloksissa on merkittävästi epävarmuustekijöitä (Elinkaarianalyysin parametrit ja asettelut, tulosten mahdolliset valinnat ja muutokset jne.). Muovipussien vertailevaa tutkimusta on tehty myös Suomessa Optikassi-projektissa 3, jossa tutkittiin eri kauppakassien elinkaaria ja niiden ympäristövaikutuksia. Hankkeen tuloksia on käsitelty luvussa 2.5. Mater-Bi liittyen on Novamont myös tuottanut elinkaariarvioinnin tärkkelysmuovissa olevista vapaista täyteaineista, joilla parannetaan ja suojataan käytettyä materiaalia sen käyttökohteessa. Tutkimuksessa oli Mater-Bi:n täyteaineita verrattu vapaana olevaa polystyreenitäyteaineeseen. Valitut täyteaineet olivat Italiassa käytettäviä sekä siellä hävitettäviä täyteaineita. 12 Taulukossa 6 on esitettynä käytettyjen materiaalien tietoja. Taulukko 6. Novamontin vapaat täyteaineet -elinkaarivertailussa käytettyjen materiaalien tietoja. 12 Mater-Bi täyteaine Polystyreeni täyteaine Materiaali PE-tyypin Mater-Bi EPS Alkuperämaa Maissi: Ranska; PVOH: Saksa Italia Hävitys Puhdistuslaitos Polttolaitos Referenssi 1.0 M3 1.0 M3 Paino 10.0 Kg 4.5 Kg Laskenta oli toteutettu tässä Novamontin tutkimuksessa vastaavasti kuin edellä esitellyssä pussitutkimuksen yhteydessä. Energian kulutuksellisesti olivat EPS:n täyteaineet kuluttaneet painostaan huolimatta merkittävästi enemmän energiaa kuin Mater-Bi:n täyteaineet. Samoin olivat Mater-Bi:n täyteaineet merkittävästi parempia hillitsemään hiilijalanjäljen kasvua luontopohjaisten komponenttiensa kautta. 12

22 2.5. Biomuovien ominaisuuksien vertailua ja käyttötutkimuksia Suomessa ja maailmalla on tehty erilaisia muovi-, kangas- jne. vertailuja biopohjaisten, biohajoavien ja muiden materiaalien välillä niin ominaisuuksien, käytön kuin elinkaarenkin osalta. Luvuissa 2.5.1, ja esitellään muutamia näistä tutkimuksista ja niiden tuloksia TEKES Programme Biopohjaisiin muovimateriaaleihin liittyen on Suomessa aiemmin tehdyssä tutkimusohjelmassa (TEKES: Biodegradable Polymers Technology Programme , Final Report) selvitelty silloisten eri markkinoilla olevien biopolymeeristen pakkausmateriaalien soveltuvuutta elintarvikkeiden sekä luomuelintarvikkeiden pakkaamisessa. Ohjelmassa oli valittu tutkimukseen tärkkelyspohjaisista materiaaleista Mater-Bi ja ZF03U. Muita ohjelmassa mukana olleita materiaaleja olivat L-polymaitohappo PLLA, polyhydroksibutyraatti-kovaleraatti (PHB/V)- polymeeri BIOPOL, biopolymeerillä päällystetty paperi ja kartonki sekä sellofaani. 22 Ohjelman aikana pakattavia elintarvikkeita olivat juurekset, vihannekset, leivät, kuivat viljapohjaiset tuotteet sekä lihajalosteet. Ohjelma oli koostunut lukuisista säilyvyyskokeista materiaaleista valmistetuissa vähittäismyyntipakkauksissa, joiden vertailupakkauksena käytettiin kyseisen tuotteen markkinoilla olevaa synteettisestä polymeeristä valmistettua pakkausta. Laboratoriossa oli TEKES -ohjelmassa pyritty jäljittelemään myymäläolosuhteita ja kunkin tuotteen vaatimusten mukaisia olosuhteita. Laatua oli valvottu TEKES -ohjelman aikana sopivin väliajoin tehtävillä aistinvaraisilla arvioinneilla, hapen ja vesihöyryn läpäisykokeilla, vetolujuus, murtovenymä sekä saumanlujuuskokeilla. 22 Tärkeimpinä tuloksina voidaan TEKES -ohjelmasta mainita erityyppisten elintarvikkeiden pakkaamisen suojaavuuteen sekä säilyvyyteen liittyviä seikkoja. Luomutomaatit olivat säilyneet TEKES -ohjelman kokeissa erittäin hyvä laatuisina rei itetyissä, µm paksuisissa Mater-Bi-, sellofaani- ja LDPE -pusseissa kaksi viikkoa 11 C:n lämmössä ja % suhteellisessa kosteudessa. Luomukurkkujen säilytyksessä vastaavanlaiset Mater-Bi-, sellofaani- ja

23 polylaktidipussit olivat suojelleet kurkkuja maksimissaan 13 vuorokautta 13 C:n lämpötilassa ja % suhteellisessa kosteudessa. Tänä aikana oli Mater-Bi- ja sellofaanipusseissa olleilla kurkuilla havaittu painohävikkiä. Luomuporkkanat ja -punajuuret olivat puolestaan säilyneet hyvinä 30 µm LDPE -pusseissa kahdeksan ja Mater-Bi -pusseissa vain kaksi viikkoa 5 C:n lämpötilassa ja % suhteellisessa kosteudessa. Mater-Bi kosteushävikki sekä siitä seuraava nahistuminen heikensivät tuotteiden laatua nopeasti. 22 TEKES -ohjelmassa olivat luomuperunoille parhaaksi osoittautuneet pakkaukset läpinäkymättömiä ruskeita paperipusseja, koska Mater-Bi:ssä ja LDPE:ssä säilytetyt perunat olivat vihertyneet kolmessa viikossa paperipussien suojatessa seitsemän viikkoa 6 C:n lämpötilassa, % suhteellisessa kosteudessa ja 160 W:n hehkulampuilla 12 tuntia vuorokaudessa valaistuina. Luomuannosleivillä olivat µm kalvoista valmistetut kuumasaumatut sellofaani- ja polymaitohappopussit toimineet vain 2 3 vuorokautta Mater-Bi:n kuivattaessa leivät 1-2 vuorokaudessa. BioB -polymeerillä päällystetyssä paperipussissa oli jälkiuunileipä säilynyt peräti 6 vuorokautta yhtä hyvänä kuin alkuperäisissä PE -päällysteisissä paperipusseissa. Näkkileivälle puolestaan eivät TEKES -ohjelmassa käytössä biohajoavat pakkauskalvot olleet antaneet riittävää vesihöyrysuojaa. 22 Luomukaurahiutaleille olivat biohajoavilla polymeereillä päällystetyt ja hot melt -liimalla suljetut paperipussit osoittautuneet oivallisiksi. Erityisesti on TEKES -ohjelmassa mainittu BioEpolymeerillä päällystetty pussi, jonka on mainittu hidastaneen kaurahiutaleiden laadun heikkenemistä huoneolosuhteissa 12 viikkoa kestäneessä kokeessa. Lihajalosteista olivat ohjelmassa mukana leikkelemakkarat, joille ei ollut kyseisistä biohajoavista/kompostoitavista materiaaleista löytynyt soveltuvaa johtuen niiden liian suuresta vesihöyrynläpäisemiskertoimesta TEKES -ohjelman aikoihin. 22 TEKES -ohjelman aikana oli todettu käytettyjen kompostoitavien materiaalien, etenkin kuivan sellofaanin, olevan happitiiviimpiä, mutta vesihöyryä läpäisevämpiä kuin tällöin käytetyt PE- ja PPkalvot (todennäköisesti eivät ole juuri muuttuneet tästä). Ohjelman kompostoitavista materiaaleista oli mahdollista valmistaa pakkauksia kuumasaumaamalla, jolloin vain PLA:n saumanlujuus vastasi LDPE:n saumanlujuutta vetolujuuksien vaihdellessa MPa välillä. 22 Tuloksista olivat tutkijat arvioineet, että mikäli jatketaan kyseisten pakkauskalvojen kehitystä erityisesti vesihöyryn läpäisyn ja lämmön keston osalta voidaan varmasti käyttää jatkossa kyseisiä materiaaleja elintarvikepakkaamisessa erityisesti lyhyt aikaisten tuotteiden (esimerkiksi

24 vihannekset, leivät ja tietyt maitotuotteet) osalta. PHB/V-kopolymeeria eli Biopolia on käytetty onnistuneesti esimerkiksi Walki Wisan toimesta, paperin ja kartongin päällystykseen. Valitettavasti ei tätä valmistusta enää ilmeisesti ole. PLA:n suurimmaksi ongelmaksi oli todettu hinta johtuen valmistusmäärien pienuudesta. Nykyisin tätä materiaalia tuotetaan huomattavasti, mutta hinta ei ole hirveän paljon vielä laskenut. Näin ollen suurimpina TEKES:n vuonna 1997 näkeminä ongelmina olivat liian suuri vesihöyryn läpäisy, riittävän hyvien suoja- ja lujuusominaisuuksien saavuttaminen sekä kilpailukykyisen hinnan aikaansaaminen PLA:n, PS:n ja PET:n vertailua Vertailevaa tutkimusta ovat tehneet myös Auras et. al. 23 tutkimusryhmineen, jotka vuonna 2005 vertailivat olemassa olevia PET (polyeteenitereftalaatti), OPLA + 40 % regrind (suuntautunut polylaktidihappo, josta 40 % on kierrätettyä), OPS (suuntautunut polystyreeni) ja OPLA (suuntautunut polylaktidihappo) -materiaaleja keskenään tuoreruokapakkauskäyttöön. PLA:n esteröintireaktion mekanismi on esitetty kuvassa 6. Kuva 6. PLA:n esteröitymisprosesssin mekanismi. 5 Vertailussa Auras et. al. vertailivat materiaalien fysikaalisista ominaisuuksista tiheyksiä, lasisiirtymälämpötiloja ja sulamislämpötiloja ja kemiallisista ominaisuuksista hapon [max 7 pv, ph:t 2 (HCl) ja 6 (CH 3 COOH)] sekä kasviöljyn (max 7 pv) kestokykyjä. Suojakerrosominai-

25 suuksista olivat vertailtavina hapen (23 C, 0 % suhteellinen kosteus) sekä vesihöyryn (37,8 C, 100 % suhteellinen kosteus) läpäisykyvyt ja mekaanisista ominaisuuksista olivat vertailussa mukana iskun kestävyys sekä vetokokeet. 23 Vertailun fysikaaliset ja barrier-ominaisuuksien vertailevat tiedot on esitetty taulukossa 7. Taulukko 7. Auras et. al. vertailun OPLA, OPLA + 40 kierrätetty, OPS ja PET mekaanisia ja barrier-ominaisuuksia. 23 Näyte T g, C T m, C c, % Paksuus, mm WVTR, g/(m 2 /pv) Läpäisy (W), kg/m/(m 2 /s/pa) OTR, cc/(m 2 /pv) Läpäisy (O), kg/m/(m 2 /s/pa) 56,33±0,12 4,33*10-18 ± 531,58±0,67 3,91*10-17 ± 9,44±0,06 6,95*10 ± OPLA 62±1 150±0,5 29±0, ,30±0,04 1,34*10-14 ± 3,61* ,00*10-19 OPLA+40 58±0,5 150±0,5 25± ,3±9,5 8,17*10-18 ± 8,99*10-19 OPS 80±0,5 246±0,5 27±2 18 5,18±0,03 4,18*10-15 ± 2,07* ,72*10-19 PET 106±0,5 N/A N/A 18 3,48±0,02 2,82*10-15 ± 1,50* ,90*10-20 Tuloksista voidaan arvioida OPLA:n ja OPLA+40 jäävän PET:a heikommaksi, mutta olevan ominaisuuksiltaan melko vastaavanlainen OPS:n kanssa ellei jonkin verran parempikin. Vesihöyryn läpäisyn arvot ovat OPS:llä ja PET:llä kymmenesosan siitä mitä OPLA:lla, mutta hapen läpäisyssä OPLA:n ja OPS:n osat vaihtuvat OPLA:n pidättäessä paremmin happea. Lisäksi OPLA:n läpäisyvakiot säilyivät miltei muuttumattomina eri suhteellisissa kosteuksissa PLA:n ollessa kuitenkin polaarinen polymeeri. 23 Auras et. al. vertailun mekaanisten ominaisuuksien testaamisessa saadut tulokset on esitetty taulukoissa 8.

26 Taulukko 8. Auras et. al. iskun kestävyys, kimmokerroin, murtovenymä ja vetolujuus. 23 Materiaali Lämpötila, Rikkoutumispaino, Vetolujuus, Murtovenymä, Kimmokerroin, C g kpsi % kpsi PET ,0 6, ,0 4, ,0 2, ,0 4,3 225 OPS ,5 3, ,6 2, ,0 4, ,2 4,4 220 OPLA ,0 4, ,3 4, ,7 3, ,7 3,8 290 OPLA ,1 3, ,0 7,0 270 Auras et. al. vetolujuuskokeiden tuloksista voidaan sanoa OPLA:n vetolujuuden muuttuvan merkittävimmin siirryttäessä lämpötilasta -29 C lämpötilaan 22 C, mutta tämän vetolujuusmuutoksen lisäksi sen vetolujuus on eri lämpötiloissa suurempi kuin muilla testatuilla muoveilla. PET:n ja OPS:n sekä OPLA+40 arvot ovat puolestaan melko lähellä toisiaan. Murtovenymän osalta PET:n murtovenymä on suurin -29 C lämpötilassa, mutta OPLA+40 murtovenymä on suurin lämpötilassa 22 C OPLA:n murtovenymän muuttuessa tasaisesti ja pysyessä hyvänä läpi koko koesarjan toisin kuin OPS:lla. Kimmokertoimet ovat suurimmat OPLA:lla ja OPLA+40:llä eri lämpötiloissa, missä OPLA:n kimmokertoimet ovat keskimäärin 100 kpsi PET:iä suuremmat. 23 Taulukoissa 9, 10 ja 11 on puolestaan esitetty kemikaalien kestokokeen vetolujuuden, murtovenymän ja kimmokertoimen muutoksia heikon ja vahvan hapon sekä rasvaliuoksen vaikutuksesta.

27 Taulukko 9. Auras et. al. kemikaalikestävyyskokeiden tulokset heikolla hapolla. 23 Materiaali, Piste Vetolujuus, Murtovenymä, Kimmokerroin, Aika, pv heikkohappo kpsi % kpsi OPLA ,0 6, ,8 9, ,4 12, ,9 8, ,0 9, OPLA 1 8,9 3, ,5 3, ,9 4, ,0 4, ,3 4, OPS 1 8,5 4, ,2 4, ,9 3, ,2 4, ,3 3, PET 1 7,1 4, ,5 4, ,6 4, ,0 3, ,3 3,

28 Taulukko 10. Auras et. al. kemikaalikestävyyskokeiden tulokset vahvalla hapolla. 23 Materiaali, Piste Vetolujuus, Murtovenymä, Kimmokerroin, Aika, vahva happo kpsi % kpsi pv OPLA ,0 6, ,5 3, ,6 3, ,7 6, ,1 3, OPLA 1 8,7 3, ,6 4, ,5 4, ,7 4, ,3 3, OPS 1 8,4 4, ,3 4, ,1 4, ,3 5, ,3 4, PET 1 7,2 4, ,0 4, ,5 4, ,3 4, ,1 4, Taulukko 11. Auras et. al. kemikaalikestävyyskokeiden tulokset kasvisöljyillä. 23 Materiaali Piste Vetolujuus, Murtovenymä, Kimmokerroin, Aika, pv kpsi % kpsi OPLA ,0 9, ,3 12, ,9 8, ,2 9, ,8 7, Auras et. al. kemikaalikestävyyskokeiden tulosten pohjalta voidaan sanoa heikolla hapolla, taulukko 9, PET:n vetolujuuden kasvavan 30 % seitsemänteen päivään mennessä jona aikana OPLA:n ja OPLA+40:n vetolujuudet lisääntyivät 4 % ja 19 % vastaavasti OPS:n vetolujuuden pienentyessä 40 %. Murtovenymältään PET (-12 %) ja OPS (-21 %) muuttuivat hauraammiksi OPLA:n ja OPLA+40:n murtovenymien kasvaessa eli joustavuuden lisääntyessä 10 % ja 40 % vastaavasti seitsemänteen päivään mennessä. Samalla kun PET ja OPS muuttuvat hauraammiksi kasvavat kimmokertoimet 53 % ja 5 % vastaavasti. OPLA:n kohdalla muutos oli -25 %, mutta OPLA+40:n kohdalla kimmokerroin ei juuri muuttunut ajan funktiona. 23

29 Auras et. al. kokeiden vahvassa hapossa tehdyssä kemikaalikestävyyskokeessa, taulukko 10, PET ja OPS eivät ole osoittaneet suurta muutosta vetolujuuksissa seitsemänteen päivään mennessä. OPLA:n ja OPLA+40:n vetolujuus lisääntyi 10 % ja 11 % vastaavasti edellä mainitussa ajassa. Murtolujuuksissa ei ole juurikaan eroa PET:n, OPS:n ja OPLA:n kohdalla, mutta OPLA+40:n murtovenymä muuttui 40 % kokeen aikana. Tutkituilla muoveilla olivat taulukon 11 mukaisesti suuremmat kimmokertoimet kokeen lopussa ollen tällöin hauraampia seitsemän päivän kuluttua. 23 Taulukossa 11 esitetyissä tuloksissa ovat Auras et. al. saaneet OPLA+40:n arvoiksi kasvisöljyssä 8,5 %:n vetolujuuden lisääntymisen, murtovenymän 14 % kutistumisen sekä 4,5 % kimmokertoimen kasvun seitsemässä päivässä. Kokeen aikana olivat mekaaniset ominaisuudet vaihdelleet voimakkaasti kuten aiemmissakin happokokeissa. 23 Auras et. al. tulosten pohjalta voidaan vuoden 2005 materiaaleista sanoa OPLA:n ja OPLA+40 olevan mekaanisilta, fysikaalisilta ja barrier-ominaisuuksiltaan vastaavia ja osin parempia kuin OPS. PET on ollut edelleen ominaisuuksiltaan paras muovityyppi elintarvikepakkaamisessa, mutta OPLA:n ja OPLA+40 ominaisuudet ovat monessa yhteydessä vastaavia PET:n kanssa. Olennaisista vaatimuksista hapen ja vesihöyryn suoja on heikompi kuin PET:llä samoin kuin sulamislämpö on alhaisempi. Näin ollen OPLA:ta ja OPLA+40:tä vuonna 2005 olisi voitu käyttää tuoreruokien pakkaamiseen sekä muihin lyhyt aikaisiin pakkaamisiin elintarvikepuolella Optikassi-tutkimus Suomen ympäristökeskuksen ja Lappeenrannan teknillisen yliopiston tammikuussa 2009 julkaisemassa Optikassi-tutkimuksessa vertailtiin Suomessa päivittäistavarakaupoissa myytävien erilaisten ostoskassien kasvihuonekaasupäästöjä niiden koko elinkaaren ajalta. Tutkimuksessa vertailtiin viittä ostoskassivaihtoehtoa: muovi-, kierrätys- eli uusiomuovi-, paperi- ja kangaskassia sekä biohajoavaa muovikassia, jolloin tavoitteena oli koota elinkaaripohjainen tieto ostoskassien kasvihuonekaasupäästöistä ja ilmastonmuutosvaikutuksista. Lisäksi tavoitteena oli tässä tutkimuksessa löytää kasseille parhaiten soveltuvat käyttö- ja jätehuoltomallit sekä vähentää ostoskassin valintatilanteeseen liittyvää epävarmuutta tuottamalla kuluttajan käyttöön vertailukelpoista tietoa kassivalinnan tueksi. Näin mahdollistettaisiin erilaisten materiaalien olo markkinoilla yhtä aikaa, eri käyttökohteissa ja kasvihuonekaasupäätöt minimoiden. Ostoskassit

30 palvelevat ostosten kuljetuksen lisäksi myös muita tarkoituksia, minkä vuoksi niiden elinkaarta ei voi tarkastella erillään muusta yhteiskunnasta. Tutkimuksessa vertailtiin suomalaista ostoskassien käyttöä huomioiden käytön muutosten vaikutukset jätehuoltoon ja energiantuotantoon. 3 Jätehuollon vaihtoehdot vaikuttivat kasseista aiheutuviin ilmastonmuutosvaikutuksiin selvästi. Nykytilanteessa kassien keskinäinen paremmuus ilmastovaikutusten näkökulmasta riippuu keskeisesti kuluttajakäyttäytymisestä kuten kaatopaikalle päätyvästä paperikassien osuudesta sekä taloudessa käytettävien jätepussien painosta. Jätteen poltossa polton osuus, polttomenetelmä ja poltolla korvattavat energiamuodot muuttuvat keskeisiksi. Jos suurin osa kasseista poltetaan, jäävät paperikassien päästöt vähäisemmiksi kuin muovikassien, vaikka paperikassit päätyisivät kierrätyksen sijasta polttoon. 3 Biohajoavat muovikassit sisältävät nykyisellään merkittävän määrän fossiilista, mutta biohajoavaa, muovikomponenttia, mistä johtuen biohajoavat kassit olivat muita vaihtoehtoja huonompia suurimmassa osassa tilanteita. Ne tuottivat vähemmän päästöjä kuin muovikassit päätyessään energiajakeen mukana polttoon ja korvatessaan samalla fossiilisesta muovista valmistettuja jätepusseja. Fossiilisen muovikomponentin haittoja olisi tutkimuksen mukaan mahdollista vähentää ohjaamalla biohajoavat muovikassit energiahyödyntämiseen (mädätys tai poltto), jolloin saataisiin korvattua muiden fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Mielenkiintoisena sivutuloksena oli tutkimuksessa kertakäyttöisten kassien paremmuus puuvillaisiin kestokasseihin tietyissä vaihtoehdoissa. 3 Optikassi-tutkimuksessa oli elinkaariarviointi toteutettu järjestelmäanalyyttisesti elinkaariarviointimenetelmää (LCA, life cycle assessment) soveltaen eli käymällä läpi kaikki ostoskassien raakaainehankinnan, valmistuksen ja hävityksen prosessivaiheet sekä niiden aiheuttamat kasvihuonekaasupäästöt. Kassien vertailun tasapuolistamiseksi kaikki kassien tuottamat hyödyt sisällytettiin vertailuun käyttämällä ns. hyvityksiä, jolloin järjestelmästä vähennetään päästöt, jotka jäävät syntymättä kun tarkasteltavan järjestelmän sivutuotteella voidaan korvata jotain muuta tuotetta (esim. muovikassin käyttö jätepussina korvaa jätepussien valmistusta). Nollatasoksi asetettiin nykytilanne ja muutokset kuvataan kuormituksina (positiivisina päästöinä) tai vältettyinä eli negatiivisina päästöinä. 3 Kassitutkimuksen mukaisesti ostoskassit ovat vain pieni osa koko kotitalouden aiheuttamista ilmastovaikutuksista kun esimerkiksi 100 ostoskerran kassit ovat verrattavissa noin viidesosaan taloudessa päivän aikana tapahtuvista päästöistä (0,06 % vuosittaisista päästöistä). 3 Suomen

31 ympäristökeskuksen ja Optikassi-tutkimuksen tietojen pohjalta on taulukossa 12 esitetty eri kassien elinkaaren eri vaiheiden osuudet kokonaisvaikutuksiin. Taulukko 12. Eri elinkaarivaiheiden vaikutus on vastaavanlainen kokonaistulokseen keskimääräisillä lähtötiedoilla. Lisäksi on esitettynä ilmastovaikutusten vaihteluväli (95 % luottamusväli). Muista taulukoista poiketen tulokset on esitetty yhtä kassia kohden, joten niissä ei ole huomioitu kassityyppien erilaista käyttökertojen lukumäärää. 3 Materiaali Paperi Muovi Kierrätysmuovi Biohajoavamuovi Kangas Kokonaispäästö, g CO 2 ekv /kassi Raaka-aineet, % Sähkö ja lämpö, % Jätehuolto, % Kuljetukset, % Materiaalihyvitykset, % Energiahyvitykset, % Varastoitunut bioperäinen hiili, % Tutkimustulosten perusteella uusiomateriaalista valmistettu muovikassi vaikuttaisi parhaalta vaihtoehdolta. Aiemmista tuloksista poiketen puuvillakassi ei ole paras kauppakassi, sillä puuvillan valmistuksessa tarvitaan runsaasti energiaa ja kasteluvettä, joiden tuotannossa aiheutuu runsaasti kasvihuonekaasupäästöjä. Biohajoava muovikassi todettiin Optikassi-tutkimuksessa huonoimmaksi vaihtoehdoksi, sillä niihin lisätään lujuuden parantamiseksi seosaineita, jotka ovat fossiilisperäisiä. Biohajoavien muovikassien hajoaminen kiihdyttää ilmastonmuutosta kompostoitaessa pusseja tai vietäessä niitä kaatopaikalle. 3 Kuvassa 7 on esitettynä kassien elinkaarien aikaiset ilmastonmuutosvaikutukset nykytilannetta vastaavan näkemyksen pohjalta.

32 Kuva 7. Eri kassien elinkaarten aiheuttamat ilmastovaikutukset nykytilanteessa, palkki kuvaa 95 % luottamusväliä ja palkissa oleva pystyviiva todennäköisintä arvoa. Kangaskasseja käytetään 0,7-2 kpl muita kasseja 100 kpl. 3 Kuvassa 7 olevat kuvaajat esittävät 100 kertakäyttökassia vastaavan ostosmäärän kuljettamisella olevia ilmastovaikutuksia. Kierrätys- eli uusiomuovikassin käytön negatiiviset päästöt johtuvat tilanteista, joissa ostoskassilla korvataan useita (enintään 2 kpl) raskaita (14 g) jätepusseja. Optikassi-tutkimuksessa keskityttiin pääasiassa ilmastonmuutokseen, uusiutumattomien energialähteiden kulutukseen sekä veden- ja maankäyttöön. Näitä vastaavat tulokset on esitetty taulukossa 13. Taulukko 13. Ostoskassien muut ympäristövaikutukset kuin ilmastonmuutosvaikutus yhtä kassia kohden. Käytetty jätehuoltoskenaario kuvaa nykytilannetta. 3 Paperi Muovi Kierrätysmuovi Biohajoavamuovi Kangas Pienimmän ja suurimman suhde Uusiutumaton energia, MJ 1,0 1,3 0,31 0,88 21,0 70,0 Veden kulutus, L 1,1 0,12 0,08 0,13 357,0 4500,0 Maankäyttö, m2 0,001 0,0009 0,0009 0,01 0,8 900,0 Kassien ilmastovaikutukset eivät ole merkittävän suuret, mutta huolimattomalla käytöllä kassien ilmastovaikutukset voivat kuitenkin kasvaa moninkertaisiksi. Optikassi-tutkimuksen pohjalta olisi huomioitava seuraavia seikkoja kuluttajan näkökulmasta:

33 1. Osta täysiä kassillisia ja käy harvemmin kaupassa. Suuri osa kaikesta liikkumisesta on kodin ja kaupan välistä, joten ostoskertojen vähentämisellä on huomattavasti suurempi vaikutus ilmastoon kuin ostoskassin valinnalla (50 km henkilöautolla kumoaa vuodessa kassivalinnan vaikutukset) Käytä kevyitä jätepusseja ja lajittele biojätteet. Muovikassi painaa neljä kertaa enemmän kuin keveimmät jätepussit. Jos tarjolla on vain painavia jätepusseja, kierrätysmuovinen ostoskassi on parempi vaihtoehto. Lajittele biojätteet, koska nykyään noin kolmannes sekajätteestä on metaanipäästöjä kaatopaikalla tuottavaa biojätettä, jolloin yhden kotitalouden vuosittaiset biojätteet vastaavat ostoskassia vuodessa Käytä jo ostamasi puuvillakassit loppuun. Jotta puuvillakassi olisi ympäristöystävällisempi kuin paperikassi, sitä on käytettävä satoja kertoja. Kun puuvillakassit lopulta tuhoutuvat, hanki tilalle keinokuituisia tai kierrätysmateriaalista valmistettuja kasseja Kieltäydy ilmaisista kasseista. Jätehuolto kannattaa hoitaa neljä kertaa ostoskassia kevyemmillä jätepusseilla. Mikäli käytetään kertakäyttöistä ostokassia: - Muovikassi: Sama kassi useaan kertaan, kulunut kassi sekajätepussina uuden sijaan. 3 - Biohajoava muovikassi: Kassi biojätteen erilliskeräykseen ja biojäte sille varattuun jäteastiaan. 3 - Paperikassi (valkoinen): Sama kassi toisen kerran tai vähintäänkin kotikeräyspaperi (sanoma- ja aikakauslehdet) kassiin ja paperinkeräysastiaan. 3 Teollisuuden ja kaupan olisi Optikassi-tutkimuksen mukaan kehitettävä ja/tai tuotava esille seuraavia asioita: 1. Kestokassi, joka vähentää kaupassakäyntikertoja: Suunnitellaan ja valmistetaan tyylikäs kestokassi, joka on ergonominen kantaa. Kassin tulee olla kevyt, kestävä ja tilava sekä mahdollistaa/edistää ostosten suunnittelua etukäteen Pantillinen kestokassi: Jos kuluttaja on unohtanut ottaa kassin mukaansa kauppareissulle voi kassin ostaa esim. 5, jonka saa takaisin palautettaessa kassi käyttökelpoisena. Pantillinen kestokassi toimisi korvikkeena kun kassia ei tullutkaan mukaan eikä se kertyisi talouksiin. 3

34 3. Bonusjärjestelmä: Vaihtoehtona pantilliselle järjestelmälle. Kuluttaja saa kassalla esim. 5 senttiä bonusta, mikäli hän voi osoittaa, että on tuonut mukanaan ostoskassin 3 4. Kompostoitava ostoskassi, joka kannustaa biojätteen lajitteluun: Suunnitellaan ja valmistetaan kompostoituva, bioperäisestä materiaalista valmistettu ostoskassi, johon voidaan lajitella biojätteet. Biojätteen lajittelu ja erilliskeräys kompostointiin tai mädätykseen vähentää kaatopaikoille päätyvän biojätteen määrää ja kaatopaikalta syntyviä metaanipäästöjä. 3 Nykyisin tarjolla olevia kasseja voidaan kehittää niiden käyttö- ja jätehuoltoketjusta aiheutuvien ilmastonmuutosvaikutusten pienentämiseksi seuraavasti: - Paperikassi polttoon: valmistetaan paperikassi valkaisemattomasta paperista. Kassi ei hajoa kaatopaikkaoloissa eikä ole kierrätettävissä. Poltossa saadaan bioperäistä energiaa, jolla voidaan korvata fossiilisilla polttoaineilla tuotettua energiaa. 3 - Bioperäinen biohajoava kassi. Nykyisen biohajoavan muovikassin fossiilisten lisäaineiden korvaaminen bioperäisillä vähentäisi biohajoavan kassin elinkaarisia päästöjä merkittävästi. 3 - Biohajoamaton bioperäinen kassi: valmistetaan ostoskassi biopohjaisesta polyeteenistä, joka vastaa hajoamisominaisuuksiltaan fossiilista muovia. Vaihtoehtoisena materiaalina voi olla hajoamaton paperi. Materiaali ei aiheuta metaanipäästöjä kaatopaikalla, vaan toimii hiilivarastona. 3 - Muovipohjainen kestokassi: muualla tehdyissä tutkimuksissa muovipohjaiset kestokassit (kudottu polyeteeni tai kuitukangaspolypropeeni) on todettu vertailujen parhaiksi vaihtoehdoiksi ilmastonmuutoksen hillinnän kannalta (Environment Australia 2002, Carrefour 2004). Mikäli energiankulutus kuitukangasvalmistuksessa olisi samaa luokkaa kuin kalvonpuhalluksessa, yhden kassin kasvihuonekaasupäästöt olisivat noin g CO 2 ekv. riippuen kassin paksuudesta (eli 7 53 kertaa pienemmät kuin puuvillakassilla). 3 - Kierrätysmuovikassi: Muovin kierrätys vähentää merkittävästi ilmastonmuutosvaikutuksia pienentämällä neitseellisen muovin tarvetta ja sen valmistuksesta aiheutuvia päästöjä. Näin ollen kierrätysmuovin käyttöä muovikassien valmistuksessa tulee lisätä. Samoin muovikassien erilliskeräilyä ja kierrätystä takaisin muovituotteiden valmistukseen tulee laajentaa. Uusien

35 materiaalien osalta tulee luonnollisesti selvittää, ettei materiaalien valmistus tuota kasvihuonekaasupäästöjä siinä määrin, että jätehuoltojärjestelmässä saatavat hyödyt kumoutuvat. Kaupan tulisi lisäksi olla selvillä toiminta-alueellaan käytössä olevasta jätehuoltojärjestelmästä. Näin kauppa voisi valita kuluttajille tarjolle kasseja, jotka sopivat kyseiseen jätehuoltojärjestelmään tuottaen siinä mahdollisimman vähän ympäristövaikutuksia. Esimerkiksi alueilla, jossa suuri osa jätteestä menee polttoon, paperikassi on huomattavasti muovikassia parempi vaihtoehto. Toisaalta verrattaessa muovikassin uusiokäyttöä jätepussina paperin kierrätykseen vertailun tulos riippuu korvattavien jätepussien painosta. Tämän vuoksi myös kevyiden jätepussien saatavuutta olisi parannettava 3 Esimerkiksi tehokkaan lajittelun skenaariossa paperikassien käyttö tuotti vähemmän ilmastonmuutosvaikutuksia kuin kangaskassien johtuen lähinnä energiajakeen polton tuottamasta energiasta, jolla korvattiin sähköä ja lämpöä. Samoin nykytilanteessa kierrätysmuovikassit ovat kangaskasseja parempia, jollei kangaskassi ole erityisen kevyt ja kestävä ja ellei kotitalous järjestä sekajätteen käsittelyään siten että sen kuljettamiseen tarvitaan mahdollisimman vähän ja kevyitä jätepusseja. Koska tuloksiin liittyy erittäin paljon kuluttajavalinnoista riippuvaa vaihtelua, tulokset on esitetty haarautuvana puukaaviona, jossa yksittäisten valintojen seuraukset kumuloituvat. 3 Biomuoveista puhuttaessa on myös otettava huomioon kestäviksi ja kierrätettäviksi muokattavat biomuovit, joiden ympäristövaikutukset pienenevät kuten perinteisilläkin muoveille kierrätyksen yhteydessä. Kuvassa 8 on esitettynä Optikassi-tutkimuksessa esitetty puukaavio eri materiaaleille.

36 Kuva 8. Puukaavio ostoskassivalinnan ja sen jätehuollon vaikutuksista ilmastolle (ilmaistuna grammoina hiilidioksidiekvivalentteja, vihreässä laatikossa haaran uloimmassa päässä). Valintojen ilmastovaikutukset (nuolissa) kumuloituvat elinkaaren loppuun (vihreä laatikko). Joissain tapauksissa ostoskassin käytöllä jätehuollossa korvataan jätepussia, mutta toisissa ostoskassin lisäksi tarvitaan sekajätepussi (harmaa katkoviivalla piirretty laatikko). Kaavion yksinkertaistamiseksi siinä oletettiin sekajätepussien päätyvän kaatopaikalle. (Poltossa niiden lisäkuormitus on luokkaa g CO 2 riippuen pussin painosta ja korvatusta lämmöntuotantomenetelmästä Biohajoava tärkkelys-nanosavikomposiittikalvo elintarvikepakkaamiseen Tärkkelysmuovien ominaisuuksien parantamiseksi ovat Avella et. al. kokeilleet nanosaven lisäämistä muoviseokseen, jolloin esimerkiksi kaasujen suojaominaisuuksien oletetaan paranevan. Avella et. al. tutkimuksessa oli valittu biomateriaaliksi tärkkelys (tässä tapauksessa perunan tärkkelys, vaikka maissitärkkelystä on todennäköisesti enemmän käytössä), koska sen osuus biomateriaalipohjaisessa pakkaamisessa oli suurin (ja on edelleen). Käytetty savi oli Avella et. al. tutkimuksessa Montmorilloniten puhdistettua savea, jonka lisäksi kahteen viimeiseen

37 tärkkelysmatriisiin oli lisätty biohajoavaa polyesteriä Ecoflex SBX 7000:tta. 19 käyttämät seokset on esitetty taulukossa 14. Avella et. al. Taulukko 14. Avella et. al. käyttämät seokset tärkkelys-nanosavi-tutkimuksessa. PS = Potato starch, PE = polyester, C=clay. 19 Koostumus Massavirta, kg/h Savi, % Merkintä (65-x) % PS, kuiva/x % Laviosa 12, 20 % Vettä, 15 % 4 0 PS Glyserolia (65-x) % PS, kuiva/x % Laviosa 12, 20 % Vettä, 15 % 4 4 PS/C Glyserolia (52,4-x) % PS, Kuiva/x % Laviosa No. 12, 21,6 % Vettä, 12 % Glyserolia, 14 % PE, kuivaseostus EcoFlexiin 5 0 PS/PE (52,4-x) % PS, Kuiva/x % Laviosa No. 12, 21,6 % Vettä, 12 % Glyserolia, 14 % PE, kuivaseostus EcoFlexiin 5 4 PS/PE/C Avella et. al. olivat valmistaneet kompaundit kaksiruuviekstruusiolla parametreilla 2 kg/h, 30 rpm ja 90 C. Seostaminen oli tehty vastaavalla laitteella 0,5 mm suutin raolla, 125 rpm:n nopeudessa ja 130 C:n lämpötilassa. Avella et. al. tuloksissa oli nähtävissä tärkkelyksen kiteisyyden voimakas aleneminen suhteessa toisen faasin lisäämiseen, kaikissa valmistetuissa näytteissä oli saavutettu homogeeninen dispersio komponenttien osalta paitsi PS/PE/C näytteessä, jonka polyesterifaasi oli erottunut havaittavasti. 19 Mekaanisilta ominaisuuksiltaan olivat osa Avella et. al. seostamista tärkkelysmuovi-nanosaviseoksista kuivattu tyhjiössä 15 % tai 60 % suhteelliseen kosteuteen. 19 Avella et. al. seosten mekaanisia ominaisuuksia on esitetty taulukossa 15.

38 Taulukko 15. Avella et. al. seostamien tärkkelys-nanosavi-materiaalien mekaanisia ominaisuuksia. 19 Merkintä Savi, % Kimmokerroin, MPa Vetolujuus, MPa Murtovenymä, % 15 % suhteellinen kosteus PS ,0 3 PS/C ,0 4 PS/PE ,5 2 PS/PE/C , % suhteellinen kosteus PS ,0 9 PS/C ,0 2 PS/PE ,6 21 PS/PE/C ,7 58 Ei käsittelyä PS ,0 25 PS/C ,0 10 PS/PE ,0 22 PS/PE/C ,0 60 Näytteistä PS/C:llä on sekä suurin kimmokerroin, että vetolujuus, mikä Avella et. al. mukaan vastaa rakenteellisessa analyysissä havaittuun hyvään sekoittumiseen tärkkelysfaasin ja savikerrosten välillä, jolloin on havaittavissa savipartikkelien hyvä lujuuden parannuskyky. Huomattavaa Avella et. al. mekaanisessa testauksessa on, että PE:n lisäyksellä tärkkelykseen voitiin parantaa materiaalin joustavuutta, ja alentaa kimmokerrointa. Mielenkiintoista on lisäksi savea pelkkään tärkkelykseen lisättäessä kasvavat kimmokerroin ja vetolujuus murtovenymän lyhetessä, mutta mikäli savea lisätään tärkkelys-polyesteriseokseen, on ilmiö päinvastainen. Ilmiön syynä olivat Avella et. al. mukaan polyesterin alhainen kimmokerroin sekä Ecoflexin vaikutus koko materiaaliin. Avella et. al. ominaisuuskokeiden pohjalta voidaan myös sanoa kosteuden vaikuttavan voimakkaasti tärkkelysseosten kimmokertoimiin. 19 Mekaanisilta ominaisuuksiltaan PS ja PS/C ovat korkeista vetolujuudestaan ja kimmokertoimestaan johtuen liian jäykkiä ja hauraita joustavien kalvojen valmistamiseen. Joustavuutta voidaan lisätä kasvattamalla glyserolin osuutta seoksessa, minkä määrän tulisi olla riittävän korkea haurauden välttämiseksi savipitoisuuden ja dispersion ollessa kuitenkin riittävä parantamaan materiaalin lujuutta sekä läpäisyominaisuuksia. 19 Avella et. al. tutkimuksessa oli huomioitu myös EN normin vaatimukset, mitä varten Avella et. al. olivat tutkineet mahdollisen kalvopakkauksen epävakaat/haihtuvat kiintoaineet,

39 raskasmetallipitoisuudet ja myrkyllisten sekä haitallisten aineiden pitoisuudet. Lisäksi Avella et. al. tutkimuksessa oli selvitetty selektiivisen migraation ja kokonaismigraation määrät elintarvikkeisiin, samoin kuin mahdolliset massahäviöt materiaalien ollessa kontaktissa simulantteihin. 19 Taulukossa 16 on esitettynä Avella et. al. migraatiokokeista saamat tulokset. Taulukko 16. Avella et. al. migraatiotestien tuloksia. PS=Potato starch, PE=polyester, C=clay. 19 Merkintä Fe, mg/100 g Mg, mg/100 g Si, mg/100 g Painohäviö, kuivana % Painohäviö, käsittelemättömänä % Salaatti 2,2 45,7 0, Pinaatti 3,3 55,2 0,3 - - PS 2,4 14,8 1,3 0,0 15,0 PS/C 3,7 77,1 1,9 0,0 15,0 PS/PE 1,4 31,9 1,3 0,1 14,6 PS/PE/C 2,1 43,1 1,6 0,1 16,0 Avella et. al. painohäviökokeissa olivat materiaalit upotettuna tislattuun veteen 40 C lämpötilassa 10 päivää, jossa toisen testiryhmän filmit olivat kuivattu tyhjiössä täysin ennen koetta. Spesifisten migraatiotulosten pohjalta voidaan sanoa materiaalien vaikutuksen olevan merkityksetön, jolloin materiaaleja voidaan käyttää esimerkiksi vihannes- ja hedelmäpakkauskalvoina. Kokonaismigraatiossa on painohäviön kautta nähtävissä, että vain kuivauksen kautta materiaali on vakaa koko kymmenen päivän ajan. Mikäli materiaalia ei ole käsitelty, on havaittava painohäviö jopa 15 %. Painohäviö voi Avella et. al. mukaan johtua veden vapautumisesta, mutta tästä ei Avella et. al. ole olemassa näyttöä. Painohäviöiden pohjalta voidaan sanoa vain kuivattujen kalvojen kattavan kokonaismigraation 60 mg/kg vaatimuksen Paperi, kartonki ja muut kuitupohjaiset materiaalit Kuitupakkausten puolella voitaisiin hyödyntää niitä kriisiytyneen metsäteollisuuden pönkittäjinä. Seuraavana askeleena olisivat näissä pakkauksissa ominaisuuksien kehittäminen, RFID-tagien hyödyntäminen ja muut viisaat ratkaisut. 1 Mahdollisia kartonki ja kuitupohjaisia tuotteita pakkauskäytössä olisivat vaihtoehtoisesti puu-muovikomposiitit ja kuitukomposiitit sekä erilaiset kuitumateriaalit. 24,25,26

40 3.1. Kartonki Kartongin ominaisuudet ja koostumus riippuvat valmistettavasti kartonkilajista, jolloin valmistusmenetelmä, täyteaineet, liimat sekä lisäaineet vaikuttavat kartonkiin. Yleisimmän Suomessa käytetyn kotelokartongin (taivekartonki) neliömassa on keskimäärin g/m 2 ja muiden kartonkien neliömassat keskimäärin g/m Kotelokartonkeja ovat esimerkiksi muro-, suklaa-, jäätelö-, hiutale-, valmisruoka- ja nestepakkaukset kuten maitotölkit. Näillä pakkauksilla on eriäviä ominaisuuksia lujuuden, painettavuuden, elintarvike- ja pakkauskonekelpoisuuden/ sopivuuden sekä käytön suhteen 26. Kaikkein yleisin kartonkinen nestepakkaustyyppi on Suomessa harjakattopakkaus (maitotölkit, mehut jne.) 24,28. Pääosin kartonkipakkaukset joutuvat kestämään varastoinnin ja kuljetuksen aikana mekaanista rasitusta eri iskujen ja painojen takia, jolloin lujuudesta ja jäykkyydestä on etua. Kartongilla on erittäin hyvät mekaaniset ominaisuuden johtuen puukuiturakenteesta ja näistä mekaanisista ominaisuuksista pidetään taivutusjäykkyyttä kaikkein tärkeimpänä. Jäykkyyteen voidaan vaikuttaa raaka-aineiden kimmokertoimen sekä materiaalin paksuuden kautta. Taivutusjäykkyyden kasvaessa myös pinottavuus helpottuu johtuen puristuslujuuden kasvamisesta 29,30. Kartongin mekaanisiin ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa myös kuitujen muodolla sekä niiden asennolla materiaalissa, jolloin kuiduista johtuen on pakkauksen jäykkyys suurempi kuitujen pituussuunnassa kuin poikkisuunnassa. 26 Kartongit ovat yleisesti joko kierrätettävä tai hävitettävä polttamalla. Perusraaka-aineena kartongeissa käytetään luonnonkuitua niin männystä, koivusta kuin kuusesta, mutta pinnoitteena on joissakin kartongeissa öljypohjaisia muoveja kuten PE, PP ja PET riippuen käyttöpaikasta. Kartonki on ympäristövaikutuksiltaan merkittävästi täysin PE tai PP -pohjaisia muovipakkauksia ympäristöystävällisempi, mikäli ei huomioida tuotteen energiaintensiivistä valmistamista. Kierrätysprosessissa kartonki ja muovipinnoite erotetaan vesipesulla, minkä jälkeen kartonki työstetään hylsykartongiksi ja muovi kuumennetaan kaasuksi alumiinin erottamiseksi kierrätykseen prosessin energiaksi poltettavasta muovista. Kartonkityypeistä taive-, kemihierre-, sellu- ja uusiokartonkikotelot voidaan kierrätyksen lisäksi kompostoida 25,30. Näistä kompostoitavista kartongeista uusiokartonki on taivekartongin kaltainen rakenteeltaan, mutta

41 mekaanisiltaominaisuuksiltaan heikompi uudelleen käytetyn kuidun kuluessa ja pilkkoutuessa jokaisella kierrätyskerralla. Kierrätyksestä ja septisyydestä johtuen uusiokartonki on aina pinnoitettava, mikäli sitä aiotaan käyttää elintarvikepakkaamiseen. 25 Kartongin keveys ja painatusmahdollisuudet ovat merkittäviä etuja pakkaamiseen liittyvien kuljetuksen sekä informaation kulun osalta. Keveytensä takia kartonki vastaa pientä osaa kuljetettavan lastin painosta ja painatusominaisuuksien puolesta (vaatii hyvän kiillon) kartonkiin ei vaadita erillisiä tarroja, kansia tai vyötteitä ja samalla on käytössä laaja painopinta-ala. Ongelmaksi elintarvikepakkaamisen näkökulmasta nousee kartongin huokoisuus ja sen tiiveys, mistä johtuen kartongit on lähes poikkeuksetta joko jo valmistusvaiheessa päällystettävä rasvaa, likaa ja vettä hylkivällä kerroksella tai pinnoitettava erikseen erillisellä barrier-kerroksella kaasujen sekä veden läpäisevyyden vähentämiseksi. Samalla barrier-kerroksen lisäys parantaa kartonkien kemikaalikestävyyttä, kuumasaumautuvuutta ja ulkonäköä. Yleisimpänä päällystystekniikkana käytetään ekstruusiopäällystystä ja yleisimpänä pursotin suuttimen läpi virtaavana päällystysmateriaalina käytetään LD-PE:ä. 27,30 Normaalissa kartongin valmistuksessa ja käytössä on myös huomioitava kartongin kosteus (noin 3-10 %), joka suurissa määrin heikentää kartongin mekaanisia ominaisuuksia merkittävästi. Tämä johtuu siitä, että kosteassa kartongissa heikkenevät yksittäisten kuitujen kimmokertoimet ja kuitujen väliset vetysidokset veden vaikutuksesta murtovenymän kasvaessa samanaikaisesti. Kartongin saadessa kosteutta se turpoaa ja käyristyy, mutta mikäli kosteuden määrä on liian alhainen, kartongin laatu heikkenee sen muuttuessa hauraaksi. Näin ollen kosteuden on oltava sopiva kyseisen käyttökohteen kannalta, jolloin kartonki toimii optimaalisesti käyttökohteeseen nähden ja suojaa sitä kuten pitääkin. 29 Kartonki puolella on olemassa biohajoavia tuotteita kuten dispersiopäällystetty kartonkilaatikko, jota voidaan käyttää mikroaaltouuneissa sekä pakastuksessa. Eri kokoja on olemassa 0,5 L:sta, 0,7 L:aan, mutta rotaatiostanssin leveydestä riippuen voidaan tehdä erikokoisia ja muotoisia pakkauksia. Voidaan myös tehdä stanssaamattomia pakkauksia. Pakkaukset eivät ole täysin ilmatiiviitä, koska kyseessä ei ole vakuumipakkaus, mutta periaate on sama. Säilöntä käytössä voidaan säilöä kaikkea kastikkeista salaatteihin ja materiaali on muokattavissa eri muotoihin. Laatikot hajoavat lämmön ja kosteuden vaikutuksesta ja vaativat vastaavat olosuhteet hajotakseen eli eivät hajoa luonnossa vapaasti. Oikeissa oloissa hajoavat jäänteitä jättämättä ja merkintä voidaan

42 tehdä esimerkiksi tussilla. Kokeiluissa on pelkkä kasvisrasva tullut läpi pakkauksesta, mutta pakkaukset toimivat esimerkiksi pakastuksessa oikein hyvin. 31 Kartongista valmistetaan myös maailmalla PLA -päällysteisiä kartonki pakkauksia ja esimerkiksi kahvikuppeja. Valmistusteknisesti tuote vastaa perinteistä kartongin päällystystä muovilla, joka on tässä yhteydessä Nature Worksin PLA. Esimerkkinä annettu kahvikuppi toimii aivan yhtä hyvin kuin aiemmat kartonkiset kahvikupit ja on mahdollisesti jopa parempi kuin kokonaan muoviset kupit. 32,33 Vastaavan kartonkipakkauksen läpäisykertoimista ei ole saatavilla varmaa tietoa, joten tätä ei voida tarkemmin käsitellä Ligniini Ligniini on käsitelty lyhyesti erikseen, koska materiaalista voidaan energiakäytön lisäksi tuottaa kestävän kehityksen tuotteita uusien käsittelymenetelmien kehittyessä ja mahdollisesti myös erilaisia pakkaus- tai sovellusratkaisuja elintarviketeollisuuteen. Ligniinipohjaiset materiaalit kuuluvat osana luonnonkuitukomposiitteihin, joissa luonnonkuiduista ja liima-aineita/hartseista pyritään valmistamaan toimivia muovituotteita niin elektroniikka-, auto- kuin pakkausteollisuuteen. Luonnonkuitukomposiittien tutkimusta sekä kehitystä tukevat monet toimijat maailmalla ja lähtökohdat ovat esimerkiksi muoviteollisuudessa kestomuovipuolella luontaisen lujuuden ja jäykkyyden kasvattaminen, lämpölaajenemisen, imun ja muottikutistuman pienentäminen, ruuvin ja muottien pienempi kulutus, huoltovapaus, parempi kosteuden kesto sekä miellyttävä tuntu. Kertamuovipuolella voidaan puolestaan ajatella luonnonkuitutuotteita esimerkiksi kustannustehokkuuden, työhygienian sekä lujuuden ja keveyden suhteen. 13 Luonnonkuitukomposiitteja on Suomessakin olemassa tällä hetkellä jo useita kuten UPM:n ProFi, Flaxwood kitaroiden rakenne palikat jne. kappaleet, joita tehdään Kareline Oy:n luonnonkuitukomposiiteista. Samoin tulivat markkinoille myös Ekolite sekä Fibertus ja heidän luonnonkuitukomposiittinsa. Euroopassa vastaavia materiaaleja on huomattavasti tekstiileistä kuitubetoniin asti. Elintarvikepakkaamisen sovelluksena on huomioitava myös Centroplast GmbH:n EU-rahoituksella luoma luonnonkuitukomposiitti, joka voidaan ajaa muotoon vapaasti perinteisillä muovituotteiden valmistustekniikoilla ja on elintarvikekelpoinen sekä kompostoitava.

43 Todennäköisesti kyseinen materiaali koostuu PLA:sta tai vastaavasta matriisista sekä luonnonkuiduista, jotka voivat olla teoriassa mistä tahansa 13. Mahdollisia luonnonkuituja ovat esimerkiksi kasvikuidut kasvien rungoista, lehdistä, siemenistä ja hedelmäkuituina kuten pellava, hamppu, juutti, genaf, sisal, abacca, palmu, banaani, puuvilla, kapokki ja kookos. Eläinkuiduista voidaan ajatella erilaisia valkuaisaineita sekä villaa, silkkiä, hämähäkin seittiä sekä höyheniä jne. Lisäksi olemassa olevia kuituja ovat mineraalikuidut kuten asbesti, epäorgaaniset whiskersit jne., jotka eivät tässä yhteydessä tule kysymykseen. Luonnonkuitukomposiitit vaativat myös matriisiaineen eli synteettisen tai luonnonpolymeerin pohjaksi materiaalille. Matriisimuoveja ovat esimerkiksi polyolefiinit (PP, PE), polyamidi, PVC, biohajoavat muovit, epoksi-, polyesteri- ja fenolikertamuovit sekä teoriassa ligniini, joka toimii kasveissa ja puissa luontaisena matriisina kuiduille. Lisäksi luonnonkuitukomposiitti vaatii kytkentäaineita, joilla mahdollistetaan kuidun ja matriisin välinen kemiallinen sidos. Kytkentäaineina on käytetty yleisimmin maleiinihapon anhydridia ja maleiinihapon anhydridimodifioitua polypropeenia sekä silaaneja. Kytkentäaineena ja matriisina voidaan ajatella myös ligniiniä, jolloin valmistus voisi tapahtua ilman kytkentäaineita. 13 Ligniini esiintyy luonnossa monimutkaisena fenolisena polymeerinä, jota ei voida eristää ja käyttää sellaisenaan muuten kuin puun ja muiden luonnonmateriaalien osana. Ligniini hajoaa merkittävästi hitaammin kuin hiilihydraatit, mutta se voidaan tehokkaasti kompostoida mullaksi ja käyttää edelleen. Mahdollisten perinteisten teollisten prosessien kautta ligniinin rakenne on hankala ja se vaatii plastisaattoreita. Liukenemisessa puolestaan menetetään ligniinin reaktiivisuus. Sulfiittiligniinin tapauksessa sisältää ligniini sylfonihapporyhmän ollen hydrofiilinen sekä reaktiivinen, mitä hyödynnetään vuosittain 0,5-1 milj. tn.. Sulfaattiligniini puolestaan on stabiili ja kondensoitunut fenolinen polymeeri, jonka hyödyntäminen on olematonta ja vaatii reaktiivisuutta ligniiniltä. 13 Lähiaikoina kehitetyn uuden menetelmän eli Funaoka ligniinin kautta voidaan ligniini eristää helposti ja se on rakenteeltaan lineaarinen ja reaktiivinen sekä hallittavissa, muokattavissa ja kierrätettävissä. Funaoka ligniinin ominaisuuksia voidaan esimerkiksi kontrolloida sekä muokata ja se toimii luonnonkuitujen liima- ja dispergointiaineena. Prosessia on kehitetty jo kolmanteen pilottiin asti ja tällä hetkellä pyrittäisiin luomaan neljäs tuotantolaitos Eurooppaan, mihin liittyen paikkakunta tai maa ei ole vielä selvillä 13. Näin ollen voitaisiin pakkausteollisuutta ajatellen kartoittaa aihepiiriä tarkemmin ja ligniinipohjaisten luonnonkuitukomposiittien käytettävyyttä

44 esimerkiksi elintarvike- ja kosmetiikkapakkaamisessa. Muilta luonnonkuitukomposiiteilta on jo olemassa näyttöä niiden elintarvikekelpoisuudesta sekä syötävyydestä. 34 Ligniinipohjaisten luonnonkuitukomposiittien barrier -ominaisuudet sekä mekaaniset ominaisuudet ovat todennäköisesti joko vastaavat tai paremmat kuin perinteisillä muovituotteilla. Mekaanisten ominaisuuksiensa puolesta ligniinipohjaiset luonnonkuitukomposiitit ovat perinteisiä muoveja lujempia sekä jäykempiä ollen samalla kompostoitavia ja helpommin poltettavia. Ligniinipohjaisista luonnonkuiduista on esimerkiksi valmistettu ajoneuvo Japanissa 13, jolloin kyseisiltä kuitukomposiiteilta vaaditaan merkittävää mekaanista lujuutta, mutta samalla kaasujen sekä kosteuden läpäisemättömyyttä ja suojaavuutta. Materiaali ei myöskään voi tällöin olla herkkä kosteudelle taikka hajoamiselle. Näin ollen tässä voisi olla yksi hyvin mielenkiintoinen mahdollisuus sekä Suomalaiselle puunjalostusteollisuudelle, että pakkausteollisuudelle. 4. Aikaisemmin esille tulleita kehitystarpeita Maastokäyttöön liittyvissä tarpeissa olisi kyse esimerkiksi sissimuonapakkauksista ja niiden materiaaleista sekä sisällä olevista pakkauksista ja niiden maatumisesta. Samalla on mainittu myös erilaiset pakkipussi- ja pakkisuojaratkaisut. Lisäksi on ollut puhetta tärkeimmästä vaatimuksesta eli mikrobiologisten näytteiden säilytyspakkauksista. Mikrobiologiset näytteet ovat elintarvikkeiden laatunäytteitä, joita elintarvikevalmistajat ottavat kaikista valmistetuista ruokaeristä päivittäin mahdollisten ruokamyrkytys- tai muiden tapausten mahdollista jäljittämistä varten. Näytteet pakastetaan noin 2 viikoksi, minkä jälkeen näytteet nykyisistä muoviastioista pestään erilleen kompostiin ja muovit kierrätetään. Kierrätettävän muovin tilalle etsittäisiin kompostoitavissa olevaa pakkausta, jolloin työlästä erottelua ei tarvitsisi tehdä vaan pakkaus sisältöineen voitaisiin kompostoida. Näytekoko on keskimäärin g ja massan mukaan otettavien näytteiden ollessa kyseessä on huomioitava eri ruoka-aineiden tilavuuksien vaihtelut tiheyseroista johtuen. Pakkauksessa olisi oltava selkeä merkintäpaikka ja sen olisi kestettävä tussilla merkitsemistä. Pussit ovat osoittautuneet huonoiksi johtuen niiden pinottavuuden sekä tilan täyttöominaisuuksien heikkoudesta. Pussien väliin jää tyhjää tilaa kun kuutio ja nelikulmiomallisilla pakkauksilla voidaan välttää tyhjät tilat ja pinota niitä helposti.

45 Sissipakkauksiin liittyen ovat ongelmana metsään jäävät pakkausroskat ja muovit joita ei aina ehditä keräillä. Tällöin biohajoavat materiaalit ovat hyviä. Materiaalien on kestettävä sekä luonnon olosuhteet, että kova käsittely sekä retuutus. Mikäli pakkaukset hajoavat liian nopeasti voi pussi levitä sisältöineen maastoon, mikä heikentää ruokavaroja sekä hidastaa etenemistä samalla lisäten ympäristövaikutuksia. Mahdollisen energiahakkeen paalausmuovien käytössä vaadittavia ominaisuuksia ja tarpeita mahdolliselle biohajoavalla tai kompostoivalle biopohjaiselle kalvolle ei ole vielä tarkemmin määritelty, mutta tarkoituksena olisi saada aikaan noin vuodessa kompostoituva/hajoava tiivis kalvorakenne. Tarve pohjautuu energiahakkeen paalien pitempiaikaisen varastoinnin aloittamiseen Ruotsin puolella. Samalla pyrittäisiin kartoittamaan vastaavan toiminnan mahdollisuuksia Suomessa, johon liittyen energiahakkeen eli metsähakkuutähteiden paalaus ja paalien säilyvyys ovat suuressa osassa. 35 Hakkuutähteitä kerätään kuusivaltaisilta uudistusaloilta. Erikoiskoneet keräävät, tiivistävät ja pakkaavat hakkuutähteet helposti siirreltäviksi risutukeiksi. Risutukit ovat noin kolme metriä pitkiä ja halkaisijaltaan noin 70 cm. Ne painavat kg. Risutukit jätetään kesällä kuivumaan hakkuualalle noin kolmeksi viikoksi, jolloin noin puolet neulasista putoaa maahan. Suuri osa oksiin sitoutuneista ravinteista jää siten metsään Yhden risutukin energiasisältö on noin 1 MWh. - Kaksikymmentä risutukkia vastaa energiamäärää, joka käytetään normaalikokoisessa omakotitalossa vuoden aikana. - Yhdeltä hehtaarilta saadaan 100 risutukkia tai 100 MWh energiaa. Risutukit kuljetetaan kuorma-autolla voimalaitokselle. Risut voidaan myös kuljettaa pakkaamattomina tienvarteen tai käyttäjän kotiin, jossa niistä tehdään haketta. Hakkuissa jää vuosittain metsiin noin 24 milj. m 3 oksia ja latvoja sekä noin 5 milj. m 3 runkotavaraa. 35 Energiahakkeen paalauksessa luodaan tiiviitä sikarimaisia paaleja, joiden halkaisija on noin 0,5 m ja pituus 1,5-2 m ja paino noin kg. Paalin on kestettävä kuivana ja pilaantumattomana noin vuoden päivät, jolloin käytettävän kalvorakenteen tiiveysvaatimukset ovat hyvin lähellä maatalouspaalauksessa käytetyn kalvon tiiveysvaatimuksia. Tiiviillä kalvolla ehkäistään mikrobitoimintaa hiilidioksidipitoisuuden noustessa mikrobitoimintaa inhiboivalle tasolle johtuen mikrobien omasta lahottamistoiminnasta. Biohajoavuusajatus liittyy sekä helpompaan

46 hävittämiseen (kompostointi/poltto), että metsään mahdollisesti jäävien tai paalauksessa/varastoinnissa repeytyvien kalvorippeiden ym. aiheuttamien ongelmien pienentämisestä (helpompi jättää luontoon/hävittää). 35 Paalaus vaatii kalvolta hyviä mekaanisia sekä läpäisyn esto-ominaisuuksia kaasuille ja vesihöyrylle. Lisäksi kalvon olisi oltava rullatavaraa ja sen olisi kestettävä paalauskäsittely repeämättä. Erityisesti vetolujuus sekä joustavuus olisivat tällä saralla avainkysymyksiä. Kalvon ei tarvitse olla paksu, koska paalauksessa kalvoa käytetään monikerroksisena Vaadittavat ominaisuudet ja ominaisuuksien muokkaus elintarvikepakkaamisessa Elintarvikepakkaamisessa ovat pakkausten tärkeimpinä tehtävinä elintarvikkeiden laadun säilyttäminen ja elintarvikkeen suojaaminen läpi koko jakeluketjun loppukäyttäjälle asti. Päätarkoituksen lisäksi on elintarvikepakkauksen helpotettava tuotteen fyysistä käsittelyä, tarjottava riittävä tila kaikelle viranomaismääräyksin vaaditulle tiedolle ja saada tuote myydyksi kuluttajalle markkinoinnin, muotoilun ja imagon eli brändin kautta. Pakkauksia suunniteltaessa on suuri vaara, että tuotteen laatu vaarannetaan kaupallisista, markkinointiin liittyvistä tai mahdollisesti ympäristöllisistä syistä. Ympäristömyönteisyys on hyvä asia, mutta se ei saa missään tilanteessa vaarantaa tuotetta ja sen säilyvyysikää. 1 Elintarvike ja sen laatuominaisuudet, jakeluolosuhteet sekä hyllyikä/säilyvyysaika määräävät pakkauksen ominaisuudet sekä kokonaispakkausratkaisun. Suojaominaisuuksien kautta pyritään säätelemään elintarvikkeen ja ympäristön välisiä vuorovaikutuksia, koska tuotteet pilaantuvat erilaisten kemiallisten, fysikaalisten tai mikrobiologisten pilaantumisprosessien seurauksena. Eri materiaaleilla kuten paperilla, kartongilla, lasilla, metallilla, synteettisillä muoveilla, biomuoveilla, aaltopahvilla ja kuituvaloksilla sekä näiden yhdistelmillä on erilaiset suojaominaisuudet rajaten niiden käyttömahdollisuudet eri elintarvikkeiden suhteen. 1 Vaadittavia ja analysoitavia sekä testattavia ominaisuuksia ovat elintarvikepakkauksilla biohajoavien pakkausten osalta biohajoavuus sekä kompostoitavuus. Mahdollinen arviointi kyseisestä mekanismista jolloin voidaan määrittää hajoamiseen vaadittavat olosuhteet. Hajoamista tutkitaan eri tekniikoin tavallisesti oikeissa kompostointiolosuhteissa ilmakehän paineessa.

47 Hajoamisnopeus riippuu monista tekijöistä kuten funktionaalisten ryhmien tyypistä sekä polymeerin reaktiivisuudesta veden ja katalyyttien kanssa. Näin ollen kaikki ominaisuudet, jotka vaikuttavat polymeerin reaktiivisuuteen, kuten partikkelikoko, -muoto, lämpötila, kosteus, kiteisyys, isomeerien osuus, jäännös monomeerin pitoisuus, molekylaaripaino, molekylaaripainon jakautuminen, veden diffuusio sekä katalyyttien metalliset epäpuhtaudet vaikuttavat hajoamisnopeuteen. Keskimäärin suurin vaikutus on lämpötilalla sekä kosteudella, jotka vaikuttavat merkittävästi hajoamiseen jo pienillä muutoksilla. 7 Barrier-ominaisuudet on määritettävä hapen, vesihöyryn sekä hiilidioksidin suhteen. Hapen läpäisynopeus materiaalissa (oxygen transmission rate, OTR) vaikuttaa voimakkaasti tuotteiden säilymiseen etenkin tuoreiksi määritellyillä tuotteilla. Hyllyikä on voimakkaan riippuvainen tästä ominaisuudesta, koska hapen päästessä kulkemaan vapaasti sekä rasvat, että muutkin ruoan ainesosat pääsevät hapettumaan ja yleensä härskiintyvät samalla kun bakteerikasvusto pääsee lisääntymään voimakkaasti. Testataan kaasuläpäisykokeella, josta saadaan hapen läpäisykerroin, jonka avulla määritetään läpäisynopeus. 7 Vesihöyryn läpäisynopeus on hyllyiän suhteen kriittinen pakkauksilla, joiden fyysinen ja/tai kemiallinen hajoaminen tapahtuu suhteessa kosteustasapainoon. Vesihöyryn rajapintaominaisuudet voidaan selvittää vesihöyryn läpäisykertoimen avulla kuten hapen läpäisynopeuden tapauksessa. Tuoretuotteille on tärkeää ehkäistä kuivumista ja leipomotuotteilla pyritään välttämään veden läpäisy molempiin suuntiin. 7 Hiilidioksidi on olennainen suure elintarvikepakkauksissa joissa tuotteiden on hyvä hengittää kuten vihannesten, hedelmien ja muiden tuoretuotteiden, joita ei ole prosessoitu. Hiilidioksidin läpäisymäärä saadaan määritettyä suhteessa hiilidioksidin läpäisykertoimeen kuten edellisissä tapauksissa kaasun läpäisykertoimien pohjalta. 7 Mekaanisista ominaisuuksista puhuttaessa on polymeerirakenteella suuri vaikutus mekaanisiin ominaisuuksiin sekä prosessoitavuuteen eri prosesseilla (ruiskuvalu, puhallusmuovaus, kalvoekstruusio, kalvomuovaus, lämpömuovaus). Monia muovimateriaaleja käytetään huoneen lämpötilassa tai sen alapuolella, joten on tärkeää suorittaa analyysit sekä kokeet näissä olosuhteissa. Mekaanisia testejä ovat esimerkiksi vetolujuuskokeet vetolujuuden, prosentuaalisen murtovenymän, prosentuaalisen virumisvenymän ja kimmokertoimen määrittämiseksi polymeerimateriaalille. Lisäksi on mahdollista suorittaa törmäystesti putoavalla tikalla tai pudottamalla pakattu pakkaus eri

48 korkeuksilta eri tavoin kovalle pinnalle sekä puristustesti, jossa lämpömuovattua materiaalia puristetaan ja etsitään voimaa, jossa materiaali antaa periksi. 7 Kemiallista kestävyyttä on tutkittava elintarvikepakkausten osalta rasvaisten sekä happamien tuotteiden suhteen. Tässä yhteydessä suoritetaan happotesti, jossa käytetään vetykloridia vahvana happona ja etikkahappoa heikkona happona. Otettava huomioon myös pakkaamisolosuhteet eli mahdolliset eri lämpötilat (pakastus (-18 C)-(-29 C), huoneen lämpötila sekä lämmitys). 7 Pakkaukset tutkitaan myös visuaalisesti värin, muodon, mittasuhteiden muutosten ja tuntuman sekä rakenteen osalta. Lisäksi voidaan tehdä vielä haju- ja makutestausta, jolloin pyritään selvittämään siirtyykö materiaalista tai pakkauksesta hajua tai makua pakattavaan tuotteeseen. 7 Elintarvikkeissa on huomioitava mahdolliset pakkauksista ja pakkausmateriaaleista ruokiin siirtyvät yhdisteet, joille Euroopan Unionin komissio on määrittänyt kokonaissiirtymärajan (total migration) sekä eri yhdisteitä ja aineita koskevat yksittäiset tarkat rajat (specific migration). Kokeissa analysoidaan simulanteilla kuten vesi, öljy, etikkahappo sekä alkoholi (EtOH) simulantteihin kontaktissa pakkausmateriaaleista siirtyvien eri yhdisteiden pitoisuudet. Kontaktiajat sekä kontaktiolosuhteet määritetään rankimpien käyttökohteiden mukaan, jolloin saadaan selville miten materiaali reagoi sille tarkoitetun käyttöalueen ääripäiden kanssa. Alkoholisimulantti on 15 % EtOH:ta, happosimulanttina toimii 5 %:n EtCOOH liuos ja öljysimulanttina on vettä ja mitä tahansa ruokaöljyä. Analysointi voidaan suorittaa GC:llä, ionikromatografilla tai ICP/MS:llä riippuen siitä mitä pitoisuuksia uskotaan löytyvän ja miten paljon 1,6,7. Taulukossa 17 on esitetty raja-arvot eri komponenteille EN mukaisesti. Taulukko 17. Komponenttien raja-arvot pakkausmateriaalille ja koko pakkaukselle. 19 Komponentti Kuiva-ainetta, mg/kg Zn 150,00 Cu 50,00 Ni 25,00 Cd 0,50 Pb 50,00 Hg 0,50 Cr 50,00 Mo 1,00 Se 0,75 As 5,00 F 100,00

49 Direktiiveistä erityisesti 2007/19 ja normeista EN koskettaa muoveja ja muovituotteita. On myös löydettävissä luettelot, joista voidaan selvittää mitä pitää tutkia kyseisistä materiaaleista eri yhteyksissä. Simulantteina voidaan käyttää migraatiotesteissä rasvalle öljyä, happamille tuotteille 3 % etikkahappoa, alkoholeille 15 % etanolia ja vesipohjaisille valmisteille ja/tai hedelmille sekä vihanneksille pelkkää vettä. Migraatiossa tunnistetaan komponentit ja määritetään niille riskiarvot. Ongelmana on synergisten vaikutusten huomiotta jättäminen. 36 Synergia sekä komponenttien vaikutukset voidaan testata tarkemmin biotesteillä, joiden suorittamiseen on kaksi vaihtoehtoa: in vitro eli viljellyillä eläinsoluilla tai mikrobeilla testaaminen ja koeorganismit eli esimerkiksi nematodimadot, joilla on erottuva elimistö, hermosto, aivot ja lihaksisto. Nematodimatoja voidaan kehittää fluoresoiviksi. 36 Myrkytyksen muotoja on kaksi: Sytoksisuus ja genotoksisuus. Sytoksinen vaikutus (myrkytys) on yleensä välitön ja näkyy heti tai pienen hetken kuluttua organismin kontaktista aineeseen. Sytoksinen vaikutus voi olla merkittävä ja näkyvä tai heikko ja peittyvä (subletaali eli vaimea). Esimerkkinä merkittävästä ja näkyvästä vaikutuksesta voidaan antaa Kiinassa valmistettujen pihatuolien tapaus, jossa suomessa ostetut pihatuolit aiheuttivat rajuja allergisia oireita ja ihon ärsytystä istumisen aikana sekä sen jälkeen. Kuvissa ihmisten selät olivat kirkkaan punaisia ja hoitoon päätyneissä tapauksissa kipu oli merkittävän voimakasta. Syyksi selvisi biotestien kautta käytetyn maalin myrkyllisyys ihmisille. Käytännössä tuoleja olisi saanut käsitellä vain peitetyin käsin. 36 Genotoksinen vaikutus on perimään ja sukusoluihin kohdistuva vaikutus, jonka tulos on useimmiten syöpä. Kyseessä voi olla myös syntyperäiset vauriot ja kehityshäiriöt lapsilla tai eläimillä. Genotoksisuus näkyy vasta tietyn ajan kuluttua riippuen aineesta ja vaikutuksen voimakkuudesta. Esimerkkinä genotoksisuudesta voidaan mainita talidomidi. 36 Kartonkia käytetään niin kuivatuotepakkauksissa, pakaste- ja valmisruokakoteloissa kuin nestepakkaukissakin. Kuivatuotepakkauksille tärkeimpiä vaatimuksia ovat pakkauksen lujuusominaisuudet sekä hyvä painettavuus, jolloin ulkopinta on pakkauksissa monesti pinnoitettu pigmenttiseoksella. Kuivatuotepakkausten tiiveyttä ja suojaavuutta parannetaan esimerkiksi lisäämällä pakkauksen sisään erillinen muovi- tai foliopussi. 25 Pakaste- ja valmisruokakoteloissa ovat tärkeimpinä ominaisuuksina lämpötilojen, niin kylmän kuin kuuman, kestoa sekä hyviä barrier-ominaisuuksia. Barrier-ominaisuuksia pyritään parantamaan käyttämällä muovipäällysteitä (PE, PP, PET) tai vaihtoehtoisesti muovista sisäpakkausta kuten kuivatuotepakkauksissakin.

50 Monesti kartonkipakkaus valitaan käyttöön sen näyttävyyden sekä mekaanisten ominaisuuksien takia. 27 Pakaste- ja valmisruokapakkaamisessa pyritään kartonkisilla pakkauksilla korvaamaan PP:stä, PS:tä ja PET:stä valmistettuja pakkauksia kartonkisten pakkausten kestävyyden, näyttävyyden sekä korkealaatuisen painatuksen takia. Tällöin vähennetään pakkausmuovin määrää, koska kokomuovipakkauksissa joudutaan käyttämään muovia paljon enemmän kuin vain toiselta puolen tai molemmilta puolilta hyvin ohuella muovikerroksella (PE, PP, PET) päällystetyssä kartongissa. Päällysteistä PE:ä käytetään vesihöyry- ja happibarrierina sekä näkyvän, että UV -valon suojana kartonkipakkauksessa. Kuumennusta vaativissa pakkauksissa PE -kartonki poistetaan ennen lämmitystä tai vaihtoehtoisesti käytetään toista päällystettä huomioiden seuraavat asiat 25,27 : - Alusta- tai rasiamateriaalin sulalämpötilan täytyy olla korkeampi kuin saavutettava lämpötila kuumennuksessa. - Pakkaus ei saa kipinöidä eikä sen jäykkyys saa kärsiä kuumennuksessa. - Pakkaus ei saa itse kuumentua ja käsittelyn on oltava jälkikäteen helppoa. - Valmisruoissa pakkauksen ollessa osa kattausta on huomioitava pakkauksen muotoilu. Mikron kestäviä kartonkirasioita voidaan pinnoittaa esimerkiksi PP:llä, joka kestää rasvaa ja on kovempi sekä jäykempi kuin PE, mutta ei silti sovellu uuniin. Vaativammissa valmisruokapakkauksissa pakastuksen, uunin ja mikroaaltouunin kestävyyttä kaipaavissa sovelluksissa on kartonki päällystettävä PET:llä hyvän lujuuden, jäykkyyden, rasvan sekä lämmönkeston saavuttamiseksi. PET:n lämpötila-alue on keskimäärin -4 C 220 C riippuen sovelluksesta, vastaava alue PP:llä 2 C 125 C. Valmisruoka-annoksissa on erillinen kartonkikotelo, jonka sisällä on annos sisäpuolelta PET:llä pinnoitetussa kartonkivuoassa. Vuoka on suljettu kuumasaumaamalla sen suulle elintarvikekelpoisella muovilla muovikalvo, joka repäistään tai leikataan irti ennen kuumennusta. 25,27,31 Päällystysmahdollisuutena ovat myös dispersiopäällysteet, jossa polymeerejä levitetään vesidispersiona kartongin pinnalle perinteisin päällystysmenetelmin. Dispersiopäällysteisiä kartonkipakkauksia on viimeaikoina tullut markkinoille muutamia kappaleita etenkin kompostoitavien ja biohajoavien kartonkipakkausten muodossa. Esimerkiksi biohajoavia dispersiopäällysteisiä kartonkilaatikoita voidaan ostaa suoraan kaupasta pakastamista ja kuivavarastointia varten. 24,31

51 Kartonkisissa nestepakkauksissa voidaan puhua kuiva-, pakaste- ja valmisruokapakkauksia tarkemmin halvoista ja yksinkertaisista sekä korkealaatuisista ja kalliista pakkauksista. Nestepakkausten puolella on olennaisimpina vaatimuksina ollut käteen sopivuus, muotoilu, kätevä ja pakkaukseen sopiva avausmekanismi sekä erottuminen (korkealaatuiset painatukset) perinteisten suojaavuusominaisuuksien (läpäisykyky, UV- ja näkyvävalo, mekaaniset ominaisuudet jne.) lisäksi 24. Nestepakkauksissa on osin tarkemmat aseptiset vaatimukset kuin kuiva-, pakaste- tai valmisruokapakkauksilla johtuen kyseisestä matriisista joka monesti on merkittävästi alttiimpi pilaantumiselle kuin esimerkiksi kuiva- tai pakastepakkaukset. Kartongin etuja ovat esimerkiksi mahdollinen ratasteriloiminen valmistettaessa kartonkia rullatavarana, jolloin kartonki steriloidaan linjalla suoraan ja täyttö sekä sulkeminen voidaan toteuttaa tehokkaasti ja lyhyessä ajassa. 37 Tetra Pak on kehittänyt kartonkisen pakkauksen nimeltä Tetra Recart vihannesten, hedelmien, valmisruokien, keittojen, pastaruokien ja kastikkeiden pakkaamiseen, jolloin muovipinnoitettua kartonkia käyttäen voidaan einekset suojata kosteutta ja kuumennusta kestävällä pakkauksella. Pakkausta käytettäessä voidaan se steriloida pakattavan tuotteen kanssa yhdessä veden ja vesihöyryn avulla jopa 120 C:ssa. Pakkaus on kevyt, helppo varastoida ja voidaan säilyttää ja myydä siihen pakattua tuotetta huoneen lämpötilassa. 38 Mahdollista tiiliskivimäisen kartonkipakkauksen muokkausta voidaan toteuttaa esimerkiksi pyöristämällä pakkauksen kulmia ja sivuja sekä kallistamalla pakkauksen päällistä. Samalla tavoin voidaan pyrkiä parantamaan kartonkipakkauksen kaato-ominaisuuksia sekä käteen sopivuutta. Tähän vaikuttavat myös suuresti sulkumekanismit 24. Nestepakkauksista on Suomessa yleisimpänä harjakattopakkaus, johon pakataan nykyisin maidon lisäksi esimerkiksi mehuja, öljyjä, viiniä, keittoja, mausteita ja raakaa kananmunaa. Harjakattotyyppisen kartonkipakkauksen etuina on muotoilun tuoma käyttäjä- (helppo avata, sopii käteen ja jääkaappiin jne.) ja varastointiystävällisyys (vie vähän tilaa, mutta tuotetta on yhtä paljon, kevyt jne.) sekä aseptisen pakkauksen pitkähyllyikä (jopa 12 kk ilman säilöntä aineita tai jääkaappisäilytystä). 26,28 Hyvinä esimerkkeinä voidaan nykyisin paljon käytetyistä sylinterimäisistä nesteiden pakkaamisessa käyttävistä kartonkipakkauksista antaa Tetra Top (Tetra Pak) ja Combishape (SIG Combibloc). Pakkaukset ovat uudelleen suljettavia, helppokäyttöisiä ja kestäviä kartonkipakkauksia, joiden suljentamekanismi on ruiskuvalettu pakkauksen yläpäähän kauluksen, suljennan ja korkin muodossa. Pakkausten vaippa ja pohja tehdään saumaamalla valmiiksi painettu kartonki letkuksi ja ohjaamalla se ruiskuvalumuottiin polyeteenikannen valamista varten. Täyttö tapahtuu pakkausten

52 pohjasta käsin, minkä jälkeen pohja saumataan kiinni. Combishapessa ei ruiskuvaleta pakkaukseen kaulusta tai suljentaa vaan vain korkki. Tällöin pakkausta voidaan tuottaa helposti useissa eri muodoissa sen ollessa lähes täysin kartonkinen kierrekorkin sekä linjaston taatessa tuotteen ja pakkauksen aseptisuuden sekä hygienisyyden. 39,40,41 Nestepakkauksista pussimaisilla pakkauksilla voidaan niiden edullisuuden sekä yksikertaisuuden ansiosta saavuttaa suuren määrän kuluttajia. Monikerroksisen paperirakenteen ansiosta voidaan myös saavuttaa korkeahko mekaanisen rasituksen kesto ja suuri painatuspinta-ala. Pakkaus avataan yleensä repäisemällä tai siitä painetaan pilli tai vastaava puhkaisureiän läpi. Puoliskot on pakkauksessa kuumasaumattu yhteen yhdeksi saumaksi. Pussimaisia pakkauksia esiintyy etenkin Kiinassa, Kaakkois-Aasiassa ja Venäjällä. Tetra Wedge Aseptic pakkauksessa on useiden paperi- ja PE-kerrosten lisäksi PET SiO x -kerros, jonka tavoitteena on tehdä pakkauksesta mikroaaltouunia kestävä säilyttäen pakkauksen aseptiset ja mekaaniset ominaisuudet kuumennuksen yhteydessä 24,42. Yleisesti ottaen pussimainen pakkaus on kuitenkin mekaanisesti, varastoitavuudeltaan sekä läpäisyominaisuuksiltaan monesti heikompi kuin muotoon valetut pakkaukset. 43 Yhtenä vaihtoehtona on nestepakkausten kohdalla lisätä kartonkilaatikon sisään pussi kuten kuivatuotteidenkin kohdalla. Pakkauksia kutsutaan nestepakkauspuolella Bag-in-Box -pakkauksiksi, joista tunnetuimpana esimerkkinä ovat laatikkoviinit. Pakkaus koostuu suorakulmaisen särmiön muotoisesta kartonkilaatikosta, jonka sisällä on polyeteeni- tai foliopussi viinien annostelun tapahtuessa pussissa olevan venttiilin avulla. Ilman ja valon suoja saadaan merkittävän hyväksi tiiviin korkin sekä sisäpussin avulla. Kartonkipakkaus vie vähemmän tilaa, on kevyempi sekä helpompi kantaa kuin vastaava määrä viiniä pulloissa. Lisäksi pakkauksessa on suuri painopinta, joka voidaan täyttää täysin verrattuna lasiseen pulloon. Ongelmana on pakkauksen soveltumattomuus pitkäaikaissäilytykseen, koska se päästää hiilidioksidia ulos ja happea sisään eikä viini säily avatussa pakkauksessa kuin kahdesta kolmeen viikkoa. 24 Muovimateriaalien (myös biomuovit) käsitteleminen ja/tai muokkaaminen paremmiksi voidaan tehdä perinteisin keinoin kuten käyttämällä eri lisäaineita: Master batch, Stabilisaattorit, Pehmittimet, Liukuaineet, Antistaattiset aineet, Palonestoaineet, Värit ja Pigmentit, Täyteaineet, Vaahdotusaineet sekä Nanomateriaalit. 43 Lisäaineista nanomateriaalit käsitellään tässä tarkemmin. Muovimateriaaleja sekä biomuoveja voidaan muokata nanoteknologioiden kautta. Elintarvikepakkaamisessa on tutkittu ja tutkitaan parhaillaan useita eri nanoteknologioiden mahdollisuuksia sekä vaihtoehtoja. Nanoteknologioiden sekä biomateriaalien yhdisteitä kutsutaan

53 bio-nanokomposiiteiksi, joita pyritään kehittämään yksinomaan biopohjaisten muovien suoja- (barrier- ja mekaaniset ominaisuudet) ja informaatio (RFID, tarrat, merkinnät jne.)-ominaisuuksien parantamiseksi 44. Näillä osa-alueilla ovat erityisesti orgaaniset epäorgaaniset hybridit, kuten kerrostuneiden silikaattien dispersiot biomateriaalissa, kasvattaneet kiinnostustaan suhteellisen helpon käsittelynsä, edullisuutensa sekä vaikutustensa ansiosta 45. Komposiitit ovat pitoisuuksista riippuen stabiilimpia niin mekaanisesti kuin oksidatiivisesti, liuottimien tarve on pienempi, materiaalit sammuvat itsekseen ja tietyissä oloissa voidaan teoriassa muokata kompostoitavuutta ja hajoavuutta tarpeen mukaan. 46,47,48 Nanokomposiittien hyödyntämisen kautta voidaan vähentää biomateriaalien pakkausjätemäärä kaventamalla kalvorakenteita pitäen suojaominaisuudet joko vastaavina tai parempina (esimerkiksi paremmat läpäisynestokyvyt eri kaasuille jne.), jolloin tuotteiden hyllyikää voidaan mahdollisesti tulevaisuudessa jopa pidentää 49,50. Lisäksi epäorgaanisilla partikkeleilla voidaan tuoda tuotteisiin toiminnallisuuksien kautta esimerkiksi tuoksuja tai värejä jo itse materiaalissa tai vaihtoehtoisesti hallita esimerkiksi lääkeaineiden, ravinteiden tai suoja-aineiden vapautumista tai esimerkiksi tarkkailla tuotteen pilaantumisen tilaa 51,52,53,54. Useissa tutkimuksissa pyritään mahdollistamaan ravinteiden, etenkin herkästi pilaantuvat/hajoavat ravinteiden, kapseloiminen ruoka-aineeseen niin, että niitä voidaan nauttia päivittäisissä ruoka-annoksissa helposti ja ne päätyvät kehossa niille spesifeihin paikkoihin. Näin ollen pyritään parantamaan ja/tai luomaan terveysruokia ja vähentämään esimerkiksi sydänkohtauksen, halvauksen, syövän ja hermoston surkastumistautien riskejä. 55 Nanokomposiiteissa on mahdollista saavuttaa etuja kuten läpinäkyvyyttä, hyviä virtausominaisuuksia, alhaista tiheyttä, kierrätettävyyttä ja parempia pintaominaisuuksia jo alhaisilla (<5 %) täyteainepitoisuuksilla. Tasaisella dispersiolla saavutetaan hyvin suuret rajapintojen pinta-alat, jolloin rajapinnat orgaanisen ja epäorgaanisen ainesosan välillä muuttavat molekylaarista liikkuvuutta. Bio-nanokomposiiteissa voidaan käyttää eri nanopartikkelisia rakenteita kuten kiinteitä epäorgaanisia nanopartikkelikerroksia, synteettisiä polymeerisiä nanokuituja, selluloosa nanokuituja ja hiilinanosauvoja. Mahdollisuuksista on eniten tutkittu epäorgaanisten kerrosten kuten nanosaven käyttöä ja saavutettavia etuja kuten luvussa on myös käsitelty 44. Mielenkiintoa ovat lisäksi herättäneet kerroksittaiset kaksoishydroksidit (Layered double hydroxides, LDH) nanotäyteaineina 56, mitkä koostuvat magnesiumalumiinihydroksidikerroksista ja joiden pintavaraus on positiivinen. 57

54 Bio-nanokomposiittiin luotavan kiinteäkerroksisen dispersion muodostuminen tapahtuu kahdessa askeleessa: seostuminen ja kuorinta. Seostuksessa yksittäisten kerrosten välitila laajenee polymeeriketjujen ja/tai monomeerien kulkeutuessa savirakenteeseen, minkä jälkeen epäorgaaniset kerrokset ovat edelleen rinnakkain. Kuorinnassa yksittäiset savipartikkelit erotetaan seostuneista kerroksista matriisipolymeerin sekaan. Muodostuva bio-nanokomposiitti voi olla lopputilassa joko seostunut tai kuorittu riippuen polymeerimatriisin ja orgaanisten lisäaineiden ominaisuuksista (tyyppi, luonne, pakkaustiheys ja orgaanisten lisäaineiden koko) sekä yhteensopivuudesta saven kanssa 46. Polymeeriketjujen seostaminen epäorgaanisiin rakenteisiin voi tapahtua seuraavilla tavoilla: - In situ polymerisaatio, jolloin nanotäyteaine turvotetaan nestemäisen monomeerin sisään ja polymerisointi voi tapahtua seostuneiden levyjen välillä lämmöllä, säteilyllä, aloitusaineen diffuusion kautta, orgaanisella aloitteella tai kationisen ioninvaihdon kautta sekoitetun katalyytin avulla käynnistettynä. 48,58 - Suora polymeeriketjujen seostus joko liuoksessa tai sulassa, jolloin kerroksittainen täyteaine sekoitetaan sulaan tai liukoisena olevaan polymeerimatriisiin. Tällöin olosuhteiden ja käytettyjen materiaalien ollessa oikeita voi polymeeri kulkeutua välitilaan ja muodostaa seostuneen tai kuoritun nanokomposiitin Sapluunametodi, jota käytetään kaksikerroksisten hydroksidipohjaisten nanokomposiittien synteesissä. 57,59,60 - Kiintoaineseostus kuulamyllyllä huoneen lämpötilassa, jolloin kiinteä kerroksinen dispersio muodostuu myllyn kuulien ja polymeerien sekä epäorgaanisten partikkelien välisen energiasiirron avulla. Tuloksena on jauhautunut ja hyvin sekoittunut nanokomposiitti. 61 Luonnon polymeerien ollessa kyseessä on huomioitava luonnon materiaalien mahdolliset prosessointirajat, jolloin luonnossa syntyvien polymeerien kohdalla olisi järkevimpänä seostusmenetelmänä lähinnä sulassa tai liukoisena seostaminen. 44 Tärkkelykselle käytettäviä plastisoijia ovat glyseroli ja muut alhaisen molekyylipainon polyhydroksikompaundit, polyeetterit, urea ja vesi, jonka jälkeen mekaanisen ja lämpöenergian vaikutuksesta tärkkelyksestä muodostuu termoplastinen materiaali. Valmistuksessa on plastisoijien vähennettävä molekyylien välisiä vetysidoksia sekä stabiloida tuotteen ominaisuuksia. Valmiina tuotteena voidaan tärkkelysmuovia hyödyntää esimerkiksi kosteutta absorboivina paikkoina

55 perinteisten absorbenttien sijaan lihan tihkumisen kuivaamiseksi 62, kalvoina tai pusseina hedelmien, vihannesten, välipalojen tai kuivatuotteiden pakkaamisessa 12,22. Tärkkelysmuovin ominaisuuksia on kuitenkin parannettava, jotta edellä käsitellyt asiat olisivat varmasti mahdollisia. Savitärkkelyskomposiitti on käsitelty luvussa PLA:n ja PHB:n käyttöaste on alhainen johtuen tuotteiden hinnasta sekä niiden osin epäedullisista ominaisuuksista. Ominaisuuksia on pyritty parantamaan useissa eri tutkimuksissa nanosaven avulla. Esimerkiksi Bandyopadhyay et. al. 63 ovat valmistaneet paremmat termiset ja mekaaniset ominaisuudet omaavan PLA-savi -nanokomposiitin. Ogata et. al. 64 havaitsivat Youngin moduluksen kasvavan sekä kiteytymisominaisuuden lisääntyneen kloroformiliuoksessa suoritetun PLA:n ja organofiilisen saven seostuksessa. Kokeessa lasisiirtymä lämpötilat kasvoivat tuotteilla vain hieman savipitoisuuden lisääntyessä, mikä Ogata et. al. mukaan viittaisi mikrokomposiittirakenteeseen eikä nanokomposiittirakenteeseen. Ogata et. al. havaitsivat materiaaleilla voimakasta taipumusta muodostaa suurempia yksiköitä. 64 PLA:n ja kerroksittaisen silikaatin bio-nanokomposiitin ominaisuudet olivat Sinha Ray et. al. kokeissa sulatyöstössä sekä kiinteänä paremmat kuin silikaatti vapaalla PLA:lla 65. Cadebo et. al. mukaan sulasekoituksella valmistetuissa ja kaoliniitillä käsitellyissä apla ja apla/pcl bionanokomposiiteissa oli paremmat kaasubarrier-, mekaaniset ja termiset ominaisuudet kuin vastaavissa kaoliniitittomissa polymeereissä 66. PHB:lle on tehty vastaavia nanosaviseostuksia, mutta esimerkiksi Maiti et. al. mukaan on seostuksien valmistaminen PHB:lle vaikeaa ja saavutetut edut ovat olleet vähäisiä. 67 PCL on monesti sekoitettava muihin polymeereihin sen alhaisen sulamislämpötilan takia, mitä on pyritty kehittämään tutkimalla ja luomalla PCL/orgaanisesti-käsitelty-kerrossilikaatti (organically modified layered silicates (OMLS) nanokomposiitteja, joiden fysikaaliset ominaisuudet olisivat merkittävästi parempia kuin PCL:n. PCL/OMLS komposiittien valmistamista ovat tutkineet esimerkiksi Di Iannace et. al. 68 ja Gorrasi et. al. 69,70. Di Iannace et. al. selvittivät kahden eri OMLS:n vaikutusta materiaalin termiseen ja reologiseen käyttäytymiseen suhteessa sulaseostuksen valmistusolosuhteisiin sekä OMLS -tyyppeihin. 68 Gorrasi et. al. puolestaan ovat selvittäneet morfologian sekä vesihöyrybarrieriominaisuuksien välistä korrelaatiota PCL/montmorillonite (MMT) komposiiteilla. Gorrasi et. al. tutkimuksissa valmistettiin sulaseostuksella tai katalyyttisellä renkaan-avaus-polymerisoinnilla eri suhteellisilla pitoisuuksilla sisältäviä PCL/OMLS komposiitteja. Mikrokomposiitteja syntyi Gorrasi et. al.:n

56 PCL:n sulaseostuksessa, jossa sekoitettiin sekaan koskematonta MMT:tä. In situ Avorengaspolymerisoinnissa Gorrasi et. al. saavuttivat kuorittuja nanokomposiitteja käytettäessä dibutyltin dimetoksidia initiaattorina. 69,70 MMT pitoisuuden lisääntyessä lisääntyi Gorrasi et. al. tutkimuksessa veden sorptio etenkin mikrokomposiittisella MMT:llä. Muodostuneiden komposiittien vesihöyryn sekä diklorometaanin (orgaanisena liuottimena) läpäisykyky oli seostuneiden sekä mikrokomposiitteja sisältäneiden seoksien osalta miltei vastaava kuin matriisina toimivalla PCL:llä, mutta kuorittujen komposiittien arvot olivat merkittävästi alhaisempia jo matalilla MMT pitoisuuksilla. Orgaanisen höyryn sorptiosta oli Gorrasi et. al. tutkimuksissa suurin osa alhaisissa suhteellisissa paineissa amorfisesta fraktiosta eikä esiinny voimakasta sitoutumista epäorgaaniseen komponenttiin. Korkeissa suhteellisissa paineissa esiintyi Gorrasi et. al. tutkimuksissa eksponentiaalista kasvua sorptiolla johtuen polyesterimatriisin plastisoitumisesta. 69,70 Biohajoavan pakkauksen on hajottava tietyn ajanjakson jälkeen tehokkaasti ja olla tämän ajanjakson muuttamaton kaikilta ominaisuuksiltaan, jolloin epäorgaanisten partikkelien lisääminen matriisiin olisi suotavaa sekä merkittävästi parantuneiden fysikaalisten ominaisuuksien, että mahdollisesti tehostuneen hajoamisen näkökulmasta. Biohajoaminen riippuu bio-nanokomposiittien kohdalla kerrostuneiden silikaattien luonteesta ja käsittelyyn käytetyistä pinta-aktiivisista aineista, jolloin biohajoavuutta voidaan teoriassa hallita ja muokata esimerkiksi Ishiaku et. al. 71, Sinha Ray et. al. 48,65 ja Pandey et. al. 72 mukaisesti. Antimikrobiset pakkaukset ovat lisänneet kiinnostustaan niin tutkimuksessa kuin markkinoillakin bio-nanokomposiiteissa, jolloin kantavana ajatuksena on estää bakteerien kasvu ruoan pinnalla vähentäen suurinta osaa tapahtuvasta pilaantumisesta sekä likaantumisesta 73,74. Antimikrobisten pakkausten kautta voitaisiin vähentää antimikrobisten aineiden käyttöä itse ruokaan sekä hyötyä pakkauskalvoluovutuksen eduista suhteessa suihkutukseen ja kasteluun. Suihkutuksessa sekä kastelussa voidaan menettää antimikrobit nopeasti ruoassa tapahtuvan passivoitumisen tai migraatio-pohjaisen laimentumisen takia. 75,76,77 Antimikrobisten mahdollisuuksien lisäksi on kerroksittaisia materiaaleja tutkittu myös potentiaalisina lääkeaineiden kantajina ja vapauttajina niiden kerrosrakenteesta johtuvan hallittavan vapautumisen kautta. Esimerkiksi Barra, Gorrasi ja Vittoria (2006) ovat esittäneet uudenlaista menetelmää, missä antimikrobinen bentsoehappo sidotaan Mg/Al -kerroksittaiseen kaksoishydroksidiin ionisidoksin ja syötetään tuote PCL matriisiin liuosseostuksessa. Barra et. al.

57 tuloksissa on nähtävissä, että bentsoehapon vapautuminen on puhtaasta PCL:stä merkittävästi nopeampaa kuin kerroksittaisesta komposiitista, minkä seurauksena vastaavanlaiset pakkausmateriaalit ovat hyvin kiinnostavia aktiivisia pakkauksia kehitettäessä. 78 Bio-nanokomposiitti puolella on paljon potentiaalia, mutta muiden kuin savi-komposiittien hyödyntäminen on hankalaa pakkausmateriaaleissa johtuen kustannuksista sekä seostus ym. ongelmista. Tällä saralla on kuitenkin merkittävästi potentiaalia uusien kehitysmahdollisuuksien puolesta, vaikkakin kentän kehittymistä ja lainsäädännön muodostumista ei voida vielä ennakoida. 6. Analyysimenetelmät ja standardit Selvitykseen oli budjetoitu laboratoriotutkimuksia varten jonkin verran varoja käytettäväksi materiaalien koostumusanalytiikkaan sekä ominaisuuksien testaamiseen. Selvityksessä päätettiin käyttää koko laboratoriobudjetti koostumusanalytiikkaan, jolloin ominaisuusanalytiikkaa on käsitelty vain mahdollisten jatkokokeiden sekä niihin liittyvien standardien kautta. Ominaisuustestausta on tehty kokeilumenetelmällä kotioloissa eri elintarvikkeilla sekä kosmetiikkatuotteilla. Luvuissa 6.1 ja 6.2 on käsitelty sekä koostumus-, että ominaisuusanalytiikkaa liittyen maailmalta saatuihin kartonki- ja biomuovimateriaalinäytteisiin Koostumusanalyysit Koostumusanalyysit koostuivat seitsemän näytteen (erilaisia PLA -biomuoveja), pyrolyysissä yhdeksän (kaksi kartonkia), pyrolyysi-, TGA (thermo gravimetric analysis)- ja XRD (x-ray diffraction gram)-ajoista, joista TGA:lla tehtiin kaksi toistoa per näyte typpi-ilmakehässä lämpötilaalueella C ja synteettisessä ilmassa lämpötila-alueella C:een. Lämmitysnopeus oli tässä yhteydessä 10 K/minuutti. Pyrolyysi tehtiin 700 C:ssa typpi-ilmakehässä ja XRD:ssä uunilla 600 C:ssa poltetut näytteet jauhettiin käsin akaattihuhmareessa ja näytteistä ajettiin röntgendiffraktogrammit alueelta (Siemens D500 diffraktometri, Cu Ka, 40 kv, 30 ma, step 0,02, time 0,5). IR kokeissa poltetut näytteet jauhettiin käsin akaattihuhmareessa ja näytteistä ajettiin FTIR-spektrit KBr-tekniikalla alueelta (1/cm). Laitteistoina olivat TGA:ssa Netzsch TG 209 Iris, XRD:ssä Siemens D500 Diffraktometri Bragg- Brentano-konfiguraatiolla ja kuparidiodilla, IR:ssä Perkin-Elmer 2000 FT-IR laitteisto sekä pyrolyysissä Shimadzu GCMS QP-2010 GC-MS-laitteisto. Saatuja tuloksia on käsitelty luvussa 7.

58 6.2. Ominaisuusanalytiikka Ominaisuusanalytiikkaa voitiin rahoituksen takia toteuttaa vain tutkija Sanna Torssosen FUPAK - hankkeen alla, jossa tehtiin DMA -analyysit yhdeksälle näytteelle veden, alkoholin, shampoon ja rasvan vaikutuksen selvittämiseksi materiaalin suhteen. Materiaalitestaukseen liittyviä standardeja ovat esimerkiksi eri tutkimuksissa käytetyt: - ASTM D Standard test method for tensile properties of thin plastic sheeting. - ASTM D Standard test methods for impact resistance of plastic film by the freefalling dart method. - ASTM D 642 Standard test method for determining compressive resistance of shipping containers, components and unit loads. - ASTM D (2004) e1 Standard test method for measurement of thickness of nonmagnetic materials by means of digital magnetic intensity instrument. - ASTM D Standard test methods for thickness of solid electrical insulation. - ASTM D Standard test method for enthalpies of fusion and crystallization of polymers by differential scanning calorimetry (DSC), vaihtoehtoisena ISO and ASTM E Standard test method for compositional analysis by thermo gravimeter, vaihtoehtona ISO ASTM D Standard test method for transition temperatures of polymers by DSC, vaihtoehtona ISO , -2, DSC Calibration ASTM E , vaihtoehtona ISO Standard ASTM D Standard test method for film oxygen permeability testing-equal pressure method. - ASTM D Practice for classifying visual defects in parts molded from reinforced thermosetting plastics.

59 - ASTM D1434 Standard Test Method for Determining Gas Permeability Characteristics of Plastic Film and Sheeting. - ASTM E96 Water Vapor Transmission Rate Test, WVTR. - ASTM F1306 Slow Rate Penetration of Films. - ASTM D570 Gravimetric, Dynamic Vapor Sorption (DVS) & Electrical Impedance Spectroscopy (EIS). - ASTM F1249 Water Vapor Transmission Rate using a Modulated Infrared Sensor. Vastaavia ja osin kattavampia testausstandardeja ISO ja SFS -luokituksilla on kerätty Ketekin tietokantaan, josta niitä voidaan hyödyntää tarpeen mukaan. Migraatiot tehdään olemassa olevien direktiivien sekä EU säädösten pohjalta. Käyttäen mahdollisuuksien ja tarpeiden mukaan standardeja: - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 1: Ohje olosuhteiden ja testimenetelmien valitsemiseksi kokonaismigraatiomäärityksiin, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 1: Guide to the selection of conditions and test methods for overall migration - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 2: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi oliiviöljyyn upotustestillä, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 2: Test methods for overall migration into olive oil by total immersion - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 3: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi vesipitoisiin elintarvikesimulantteihin upotustestillä, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 3: Test methods for overall migration into aqueous food simulants by total immersion - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 4: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi oliiviöljyyn kennoa käyttäen, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 4: Test methods for overall migration into olive oil by cell

60 - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 5: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi vesipitoisiin elintarvikesimulantteihin kennoa käyttäen, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 5: Test methods for overall migration into aqueous food simulants by cell - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 6: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi oliiviöljyyn pussia käyttäen, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 6: Test methods for overall migration into olive oil using a pouch - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 7: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi vesipitoisiin elintarvikesimulantteihin pussia käyttäen, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 7: Test methods for overall migration into aqueous food simulants using a pouch - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 8: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi oliiviöljyyn täyttämällä tarvike, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 8: Test methods for overall migration into olive oil by article filling - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 9: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi vesipitoisiin elintarvikesimulantteihin täyttämällä tarvike, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 9: Test methods for overall migration into aqueous food simulants by article filling - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Osa 10: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi oliiviöljyyn (muunnettu menetelmä käytettäväksi silloin kun oliiviöljyn uuttaminen tapahtuu epätäydellisesti), Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 10: Test methods for overall migration into olive oil (modified method for use in cases where incomplete extraction of olive oil occurs)

61 - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 11: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi 14C-leimattujen synteettisten triglyseridien seoksiin, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 11: Test methods for overall migration into mixtures of C- labeled synthetic triglycerides - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 12: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi alhaisissa lämpötiloissa, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 12: Test methods for overall migration at low temperatures - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 13: Testimenetelmät kokonaismigraation määrittämiseksi korkeissa lämpötiloissa, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 13: Test methods for overall migration at high temperatures - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 14: Testimenetelmät "korvaaville testeille" kokonaismigraation määrittämiseksi muoveista, jotka on tarkoitettu joutuviksi kosketukseen rasvaisten elintarvikkeiden kanssa, käyttäen testiväliaineena isooktaania ja 95 % etanolia, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 14: Test methods for 'substitute tests 'for overall migration from plastics intended to come into contact with fatty foodstuffs using test media isooctane and 95 % ethanol - SFS-EN :en Elintarvikkeiden kanssa kosketukseen joutuvat materiaalit ja tarvikkeet. Muovit. Osa 15: Vaihtoehtoiset testimenetelmät rasvaisten elintarvikesimulanttien migraation määrittämiseksi käyttäen nopeaa uuttamista isooktaaniin ja/tai 95 % etanoliin, Materials and articles in contact with foodstuffs. Plastics. Part 15: Alternative test methods to migration into fatty food simulants by rapid extraction into isooctane and/or 95 % ethanol Biosafe yrityksellä on myös olemassa BIOSAFEPAPER -projektissa, Kuopion yliopiston hallinnoima hanke, luotu testisarja, jossa voidaan erottaa elintarvikekelpoiset paperit ja kartongit kelvottomista. Testisarja kehitettiin selvittämällä paperien ja kartongin turvallisuuden arvioinnissa käytettyjä menetelmiä ja tutkittaessa niiden erotuskykyjä, jolloin biotestit todettiin tässä tehokkaimmiksi. Testisarjan kehityksen yhteydessä luotiin myös korjauskerroin järjestelmä, jos

62 testataan pakastamiseen, lämmittämiseen ym. liittyviä materiaaleja alkuperäisten materiaalien oltua normaalissa paineessa huoneen lämmössä. Korjauskertoimista jne. ovat tiedot olemassa CSL:llä sekä KCL:llä Koostumusanalyysien ja omakohtaisten kokeiden tuloksia Koostumusanalyysit suoritettiin analyysijärjestyksessä pyrolyysi, TGA, XRD ja FTIR, joista pyrolyysissä saatiin kaikille näytteille hyvin moniselitteiset pyrogrammit (useita kromatogrammin piikkejä). Tämän seurauksena ei pyrolyysikromatogrammeista voitu varmuudella sanoa mitään sellaisenaan vaan saatuja pyrogrammeja verrattiin termogravimetrisen analyysin TGA:n, XRD:n ja FTIR:n tuloksiin koostumusten varmistamiseksi. Termogravimetristen analyysien tuloksia on esitetty taulukossa 18.

63 Taulukko 18. Termogravimetristen analyysien tulokset seitsemälle tutkitulle näytteelle. Näyte Massan muutos, % Lämpötila-alue, C Jäännösmassa, % Materiaali PS ,23 167,15 95,77 Tärkkelysmuovi 34,54 314,65 61,23 47,35 453,19 13,88 6,59 622,90 7,29 1,07 693,45 6,22 PS ,85 368,70 1,17 PLA -kulho PS ,87 350,05 24,13 PLA -kuitukomposiitti PS ,36 393,95 4,77 PS ,58 616,30 1,19 PS ,76 366,00 3,24 PLA -levy valkoinen PS ,47 616,40 1,77 PS ,80 366,75 0,20 PLA -pullo valkoinen PS ,70 368,80 1,30 PLA -pullo sininen PS ,70 346,50 41,30 Valkoinen pullo 29,24 395,65 12,06 4,95 712,60 7,11 Kuvassa 9 on esitettynä esimerkki TGA -ajon antamasta kuvaajasta Kiinalaiselle PLA -pullolle.

64 100 TG /% Kiina 1 sininen PLA -pullo, N2 ( C) Synt. ilma ( C) DTG /(%/min) [2] [1] Mass Change: % Mass Change: % Peak: C Peak: C Residual Mass: 0.89 % (979.8 C) Residual Mass: 1.38 % (979.8 C) [2] [1] [#] Instrument [1] NETZSCH TG 209 [2] NETZSCH TG Temperature / C File PS dt2 PS dt2 Identity PS PS Sample Kiina 1 Kiina 1 Date :17: :44:56 Mass mg mg Segment 1-2/2 1-2/2 Range 25 C/10.0(K/min)/980 C 25 C/10.0(K/min)/980 C Kuva 9. Kiinalaisen PLA-pullon termogravimetrinen analyysi PLA-pullolle. PS kiina1.ngb Atmosphere Correction ---/--- / synteettinen ilma/ /--- / synteettinen ilma/ XRD ajoista tehdyn tietokantahaun perusteella näytteet sisälsivät seuraavia yhdisteitä: - Näyte PS Lämpömuovattu tärkkelys: kalsiumkarbonaattia, titaanidioksidia (rutiilia), mahdollisesti hiiltä ja jotakin tunnistamatonta yhdistettä - Näyte PS PLA -levy valkoinen: kalsiumkarbonaattia ja mahdollisesti hiiltä - Näyte PS PLA -shampoopullo: titaanidioksidisa (rutiilia) ja jotakin tunnistamatonta yhdistettä - Näyte PS Sininen PLA -pullo: täyteainetta ei pystytty tunnistamaan tietokantahaun avulla - Näyte PS Valkoinen pullo: kalsiumkarbonaattia ja mahdollisesti hiiltä. IR analyyseissä tutkitut näytteet sisälsivät analyysin pohjalta: - Näyte PS PLA -kulho: sisältää mahdollisesti silikaattihydroksidityyppistä täyteainetta, kuten alkalimetalli-alumiinihydroksidisilikaattia ja mahdollisesti oksidityyppistä täyteainetta. Saattaa sisältää kromaatti tai rautaoksiditäyteainetta.

65 - Näyte PS PLA -kuitukomposiitti: sisältää mahdollisesti silikaatti- ja oksidityyppistä täyte- tai väriainetta (SiO2-, Fe-oksidi tai Pb-oksidi) tai kalsiumfosfaattityyppistä täyte- tai väriainetta. - Näyte PS Sininen PLA -pullo: sisältää mahdollisesti silikaattihydroksidityyppistä täyteainetta, kuten metalli-alumiinihydroksidisilikaattia ja mahdollisesti oksidityyppistä täyteainetta. Näytteiden hiili sekä tunnistamattomat yhdisteet ovat TGA -analyyseihin verrattaessa todennäköisesti palamatonta hiiltä polymeeristä ja polymeerien osasia. Samalla voidaan huomioida täysin värittömien, ohuiden sekä läpinäkyvien materiaalien kohdalla kuten näytteen PS , eli PLA -kulhon, kohdalla, että materiaali ei suurella todennäköisyydellä sisällä IR:ssä löytyneitä täyteaineita myöskään TGA:n pohjalta. Lisäksi jo olemassa olevien tietojen pohjalta tiedetään PS sisältävän % polypropeenia. Edellä esitettyihin analyysituloksiin pohjautuen voidaan näytteiden esittää koostuvan taulukossa 19 esitetyistä yhdisteistä. Taulukko 19. Tutkittavana olleista näytteistä tunnistetut yhdisteet. Näyte Esine Yhdisteet PS Tärkkelysmuovi vuoka Tärkkelys PP Titaanidioksidi (rutiili) Kalsiumkarbonaatti PS PLA -kulho PLA Silikaatti täyteaine (todennäköisesti alkalimetalli-alumiinihydroksidisilikaati) PS PLA -kuitukomposiittilevy, Ruskea PLA + puukuitu Silikaatti- ja oksidityyppistä täyteainetta (SiO2-, Fe-oksidi tai Pb-oksidi) tai kalsiumfosfaattityyppistä täyteainetta. PS PLA -levy, Valkoinen PLA Kalsiumkarbonaatti PS PLA -pullo, Valkoinen PLA Titaanidioksidi (rutiilia) PS PLA -pullo, Sininen PLA Lisä- ja täyteaineet epäselviä PS Valkoinen pullo PLA/Tärkkelys Mahdollisesti titaanidioksidi Kalsiumkarbonaatti Koostumusanalyysitulosten pohjalta tiedetään jatkossa, minkälaisia materiaaleja on olemassa ja mitä lisä- sekä täyteaineita käytetään näiden yhteydessä. Lisäksi koostumusanalyysien pohjalta

66 voidaan sanoa PLA:n ja tärkkelyksestä valmistettavan muovin tarvitsevan kalsiumkarbonaattia vahvistamaan valmiita rakenteita. Samalla saatiin myös lisätietoa luonnonkuitukomposiiteista ja voidaan havaita PLA:n sekä luonnonkuitujen vaativan monimutkaisemman koostumuksen kuin perus PLA materiaalilla. Omakohtaisesti suoritetuissa pakkausten testauksissa kokeiltiin käytössä ja eri ruoka-aineilla sekä pesuaineilla PLA -laseja, PLA -kulhoja, PLA -pinnoitettuja kartonkikuppeja sekä dispersiopäällystettyjä kartonkisia rasioita. PLA -lasit toimivat kotikäytössä erittäin hyvin niin hiilihappopitoisilla kuin hapottomillakin juomilla. Samalla lasit kestävät pesua pestäessä niitä pesuaineliuoksilla ja säilytettäessä nestemäistä pesuainetta kaksi viikkoa lasin sisällä huoneen lämpötilassa (noin 20 C). Kokeilussa olleet PLA -lasit olivat noin 3 dl laseja, jotka olivat merkittävän kevyitä, mutta rakenteeltaan melko jäykkiä ja ohuita ollen tällöin jossain määrin hauraita. Huomiona myös se, että PLA -lasi ei kestänyt yli 80 C asteista vettä vääntymättä. Kokeiltaessa 100 C kiehuvan veden kaatamista lasiin lasi vääntyi ja kurtistui täysin muodottomaksi. Kolme PLA -lasia on edelleen Kokkolan ympäristössä haudattuna erilaisiin maaperiin, joista kyseiset lasit on tarkoitus käydä etsimässä lumien jälkeen ensi keväänä ja selvittää samalla mahdollista luonnossa hajoamista. PLA -kulhot ovat osoittautuneet mainioiksi välineiksi elintarvikkeiden kuten kastikkeiden, lihan ja salaatin pakastamisessa noin kahden viikon ajalla. Pidempi aikaista pakastusta ei ole tässä yhteydessä tutkittu. Elintarvikkeet säilyivät hyvinä kahden viikon ajan kehittämättä myöskään outoja hajuja tai makuja. PLA -kulho oli vastaavanlaista materiaalia kuin PLA -lasi, jolloin sen peseminen ja uudelleen käyttäminen eivät olleet ongelmia. Kulhot käyttäytyivät lasin tavoin kuumalla vedellä käsiteltäessä. Kulhojen kannet olivat vastaavasta PLA:sta valmistettuja, mutta joustivat juuri sopivasti tehden kokonaisuudesta hyvin tiiviin pois lukien mahdolliset kaasun läpäisyt materiaalin läpi. Öljyliuokset sekä alkoholiliuokset sopivat myös PLA -kulholle samoin kuin PLA -lasille, jotka eivät läpäise näitä liuoksia. Sisältä PLA -kalvopinnoitteiset kartonkikupit sopivat hyvin kuumien juomien kuten kahvin, teen ja kaakaon juontiin. Kuppi kuumenee kahvilla suunnilleen saman verran kuin vastaava muovinen kuppi ja PLA kalvo pysyy hyvin kiinni kartongissa käytön aikana sekä pesussa. PLA -pinnoitteisia kartonkikuppeja oli kahdenlaisia, joista toisesta ei nestemäinen astianpesuaine tullut kahdessa viikossa läpi, mutta toisen astian pesuaine kostutti jo neljässä päivässä. PLA -pinnoitettujen kartonkien kohdalla on lisäksi huomattavissa, että öljyliuokset vettyvät kummassakin tapauksessa melko nopeasti kartonkiin ja pulpperoitumisen kautta pyrkivät läpäisemään kartongin, mikäli

67 kartongin pinnoite on rikki vähääkään. Kahvin, teen ja kaakaon lisäksi alkoholi- ja muut nesteliuokset sekä kosteusvoiteilla ja shampoolla PLA -pinnoite kestää helposti kaksi viikkoa. Kokeilujen yhteydessä on myös havaittu PLA -pinnoitteiden olevan eri paksuisia sekä erottuvan kartongista eri tavoin (toisen mukana irtoaa paljon kartonkikuitua kun toinen pinnoite irtoaa lähes puhtaasti) valmistajasta riippuen. Dispersiopäällysteisissä kartonkilaatikoissa on heikkona puolena dispersion kestämättömyys. Toisaalta tällaisessa tapauksessa saavutetaan pakkauksen nopea pulpperoituminen ja hajoaminen, jolloin pakkaus voidaan lukea perinteisemmän kompostoitumisen sijaan biohajoavaksi. Pakkaus soveltuu erittäin hyvin esimerkiksi kuivamuonille, marjoille, hedelmille sekä vihanneksille ja salaateille, mutta muille elintarvikkeille sen käyttö soveltuu vain lyhyt aikaisissa pakastussovelluksissa. Tällöin kyseinen pakkaus voisi olla toisenlaisella sulkumekanismilla huomattavan varteenotettava vaihtoehto puolustusvoimien tarpeissa. Dispersiopäällyste, vaikka onkin osin öljyn kestävä, läpäisee esimerkiksi kasvisöljyjä, alkoholeja ja vesiliuoksia merkittävän nopeasti (0,5-2 päivää). Nykyisen suljenta mekanismin ongelmana on myös sen avonaisuus eli se ei ole tiivis. Kartonkipakkauksen suljenta tapahtuu taittoläpillä, jotka eivät ole pitäviä nesteiden tai kaasujen suhteen. Kuivamuonat ja lyhyt ikäiset hyllytuotteet kuten hedelmät ym. sekä lyhyt ikäiset pakasteet ovat parhaita käyttökohteita ja pakkauksen nopean pulpperoitumisen/vettymisen kautta se voidaan kompostoida tehokkaasti ruoka-aineiden mukana. Omakohtaisten kokeiden lisäksi on PLA -pinnoitettujen kartonkikuppien, dispersiopäällystetyn kartonkilaatikon, PLA -lasin sekä PLA -pullon veden, kasvisöljyn, 10 % alkoholin, shampoon sekä kosteusvoiteen kestävyyttä kahden viikon pituisen ajan DMA -testauksen yhteydessä. Tällöin voitiin vielä erikseen havaita dispersiopäällystetyn kartonkilaatikon läpäisevän vettä, 10 % alkoholia, shampoota, kosteusvoidetta sekä öljyä noin 24 tunnissa. PLA -lasi sekä PLA -pullo eivät läpäise nesteitä eikä materiaali juurikaan kostu nestekosketuksessa. PLA -pinnoitetuissa kartonkikupeissa havaittiin eroja niiden kostumisessa nestesaippualla, jolloin toisella valmistajalla kostuminen tapahtui neljässä päivässä kun toisella valmistajalla ei varsinaista kostumista ehtinyt tapahtua kahden viikon kuluessa. Molempien valmistajien kupeista tulivat kasviöljyt läpi nopeasti noin neljän päivän aikana kartonkien vettyessä täysin. Täten on huomattavissa, että vain täysin PLA -muovista tuotetut pakkaukset/kupit kestivät kaikkia kokeiltuja simulantteja kartonkisten pakkausten pettäessä joko öljyn osalta tai kaikkien kohdalla.

68 Näin ollen koostumusanalyysien sekä käyttökokeilujen pohjalta olisivat mielenkiintoisia materiaaleja/pakkauksia dispersiopäällystetty ja PLA- päällystetty kartonki sekä biohajoava/kompostoitava luonnonkuitukomposiitti. Dispersio- ja PLA -päällystetyissä kartongeissa olisi varmistettava tiiveys sekä kaasujen läpäisykyky ja mikäli ne eivät ole riittäviä olisi niitä kehitettävä eteenpäin. Todennäköisesti dispersiopäällystetty kartonki sopii vain lyhyt aikaiseen pakastamiseen ja pakkaamiseen, mutta PLA- (tai joku muu biopohjainen muovi, PHB jne.) päällysteinen kartonki voisi sopia pitempi aikaisempaan varastointiin sekä olisi todennäköisesti logistisesti parempi. Täysin PLA -pohjaiset materiaalit sopisivat suhteellisen hyvin pulloihin, mutta näissä olisi ehdottomasti kehitettävä barrier-ominaisuuksia paremmiksi. 8. Kontaktointi Esiselvityksen tärkeimpänä osa-alueena pidettiin Suomalaisten pakkausalan, elintarvike-, kosmetiikka- ja muoviteollisuuden yritysten sekä kaupan keskusliikkeiden kontaktointia hankkeen osalta sekä jatkohankkeissa kiinnostuneiden yritysten selvittämistä. Lisäksi pyrittiin selvittämään mahdollisista jatkotutkimushankkeista kiinnostuneita tutkimuskeskuksia sekä oppilaitoksia niin nanopakkauksiin kuin elintarvike- ja kosmetiikkapakkauksiin liittyen. Yritykset kerättiin pakkausteollisuuden, FinPron ja muoviteollisuuden sivustojen kautta sekä tutkijoilla olemassa olevan tiedon pohjalta. Yliopistot, oppilaitokset sekä tutkimuslaitokset pyrittiin listaamaan kyseisten toimijoiden verkkosivujen ja laitosten pohjalta mahdollisesti kiinnostuneisiin, joihin sitten otettiin yhteyttä. Yhteydenotot suoritettiin pääsääntöisesti sähköpostilla lähetetyn pakkauskyselyn muodossa, jolla kartoitettiin myös samalla yritysten ajatuksia sekä mahdollisia tarpeita biohajoaviin, kompostoitaviin ja biopohjaisiin pakkauksiin sekä nanopakkaamiseen. Tämän lisäksi tiettyjä yrityksiä lähestyttiin myös puhelimitse sekä erikseen lähetetyillä sähköposteilla aiheeseen liittyen. Pakkausmessuilla tutustuttiin myös siellä olleisiin yrityksiin ja keskusteltiin heidän kanssaan sekä jatkohankkeista, että heidän tämän hetkisistä näkemyksistään ja mahdollisista tarpeistaan. Yliopisto-, oppilaitos- ja tutkimuskeskusten kontaktointi suoritettiin myös pääsääntöisesti sähköpostin välityksellä sekä tapaamalla toimijoita eri seminaareissa syksyn mittaa. Tällä osaalueella on myös käyty jonkin verran keskustelua puhelimitse ja on huomioitava, että oletettavasti kiinnostuneista eivät kaikki vastanneet.

69 Yrityspuolelta voidaan esille tuoda yrityksille lähetetyn pakkauskyselyn pohjalta yrityksiä kiinnostavina kohteina Biopohjaiset, uusiutuvasta raaka-aineesta valmistetut pakkausmateriaalit/ pakkaukset, Biohajoavat pakkausmateriaalit/pakkaukset, Kierrätettävissä olevia pakkausmateriaalit /pakkaukset, Nanotäyteaineita sisältävät pakkausmateriaalit/pakkaukset, Nanopigmenttejä/-musteita sisältävät pakkausmateriaalit/pakkaukset, Älykkäät pakkaukset, Kierrätetystä materiaalista valmistetut pakkausmateriaalit/pakkaukset, Aktiiviset pakkaukset ja Puu-muovikomposiitit. Kutakin aihetta kohtaan esitetty kiinnostuksen taso on esitettynä kuvassa 10. Kuva 10. Pakkauskyselyyn vastanneiden yritysten kiinnostuksen kohteet suhteellisina osuuksina kohdan merkinneistä yrityksistä ja vastanneiden yritysten kokonaismäärästä. Näin ollen kuvan 10 pohjalta selvästi kiinnostavimpina alueina ovat biopohjaiset, uusiutuvista raaka-aineista valmistetut 63,9 %, biohajoavat 77,8 %, kierrätettävissä olevat 63,9 % sekä kierrätetystä materiaalista valmistetut pakkaukset/-materiaalit 69,4 %, joista kiinnostavimmaksi nousevat biohajoavat pakkaukset/-materiaalit ja kierrätetystä materiaalista valmistetut pakkaukset/- materiaalit. Kierrätetystä materiaalista valmistettujen pakkausten/-materiaalien olisi voinut olettaa olevan ensimmäisenä listalla niiden oltua esille jos useita vuosia ja pyrittäessä integroimaan tehtaan sivuvirtoja kokoajan tehokkaammin. Biohajoavuuden saamaa mielenkiintoa ei täysin osattu odottaa

70 etenkin aiemmassa tilanteessa, joissa keskusliikkeet, elintarvikevirasto ja suuret elintarvikevalmistajat eivät ole olleet kiinnostuneita vastaavista materiaaleista. Pakkauskyselyssä ilmeni myös erilaisia tarpeita pakkauksien osalta ja eri yritysten näkökulmista. Nämä tarpeet on esitetty tärkeiden ja erittäin tärkeiden kohtien prosentuaalisina osuuksina kuvassa 11. Kuva 11. Pakkauskyselyyn vastanneiden yritysten prosentuaaliset osuudet eri pakkausvaatimusten suhteen. Kuvaan on valittu tärkeinä ja erittäin tärkeinä merkityt osuudet. Tällöin, kuten kuvasta 11 voidaan havaita, eri yritysten arvioinnissa nousevat suurimmiksi tarpeiksi erittäin tärkeinä nousevat logistinen kestävyys 42,1 %, turvallisuus-, ympäristö- ja terveystekijät 43,2 %, suojaavuus 54,1 %, jäljitettävyys 41,7 % ja ulkonäkö 48,6 %, joista suurimmalla 54,1 % osuudella suojaavuus vaatimus on itsestään selvänä vaatimuksena tärkeimpänä ja seuraavana