Miltä akrylaattidispersioiden tulevaisuus näyttää?
Kiilto valmistaa emulsiopolymeroimalla tarraliima-dispersioita, joiden pääraaka-aineina käytetään fossiilisia monomeereja. Kiillon dispersiovalmistuksessa tavoitteena on korvata näitä fossiilisia raaka-aineita biopohjaisilla raaka-aineilla.
”Ympäristövastuu on rakennettu osaksi prosessejamme.” Kiilto on yli satavuotias suomalainen perheyritys, joka kehittää, valmistaa ja myy kemianteollisuuden ratkaisuja neljällä eri liiketoiminta-alueella. Tämä opinnäytetyö on osa Kiillon antamaa Lupausta ympäristölle, lupauksen raaka-aineita koskevaa tavoitetta. Työssä keskityttiin akrylaattipohjaisen tarraliima-dispersion raaka-aineisiin. Työ suoritettiin Kiillon tuotekehitys-laboratoriossa, jossa testattiin viittä biopohjaista monomeeria emulsiopolymerointiin.
Emulsiopoymerointi on uniikki kemiallinen prosessi, jolla valmistetaan vesiohenteisia polymeeridispersioita. Emulsiopolymeroinnissa pääraaka-aineita ovat vesi, monomeerit, pinta-aktiivit, initiaattorit ja aktivaattorit. Kiillon akrylaattidispersioiden emulsiopolymeroinnissa pääraaka-aineina veden lisäksi ovat butyyliakrylaatti-, akrylaattihappo- ja metyylimetakrylaatti. Näille fossiilipohjaisille raaka-aineille etsitään ympäristöystävällisempiä vaihtoehtoja. Korvaavien raaka-aineiden tulee toimia nykyisessä prosessissa muuttamatta lopputuotteen ominaisuuksia.
Dispersioversioiden ominaisuudet
Emulsiopolymeroinnissa polymeroinnin onnistumista voidaan mitata dispersion fysikaalisilla ominaisuuksilla. Näitä ovat viskositeetti, pH, kuiva-ainepitoisuus, partikkelikoko ja niin sanottu gritti. Tarraominaisuuksia dispersiosta mitattiin leikkausvetolujuus-, T-peel- ja Loop Tack -testeillä. Testiversioissa suurimmat erot tulivat partikkelikoossa, viskositeetissa sekä tarraominaisuuksissa. Parhaat tulokset saatiin metyylimetakrylaattikorvauksista eri metakrylaateilla.
Glyseroliformaalimetakrylaatti antoi lupaavimmat tulokset. Tällä versiolla partikkelikoko oli lähellä referenssiä ja grittiä oli hyvin vähän. Tarraominaisuudet olivat myös lähellä referenssiä. Leikkausvetolujuus oli glyseroliformaalimetakrylaatilla huomattavasti korkeampi kuin referenssillä, mikä kertoo siitä, että sillä tulee kovempi dispersio kuin metyylimetakrylaatilla, vaikka version lasittumislämpötila oli teoreettisesti laskettu samaksi kuin referenssiversion.
Lattialiimoille tehtiin yleisesti käytössä olevat standarditestit, leikkausvetolujuus- ja kuorintalujuustestit. Näiden testien tulokset korreloivat dispersiotestejä. Samat versiot pärjäsivät näissä testeissä kuin dispersioiden testauksissa. Glyseroliformaalimetakrylaatti toimi lattialiimassa paremmin kuin metyylimetakrylaatti ja kuorinta- ja leikkausvetolujuudet olivat paremmat kuin referenssillä.
Lupaava tulevaisuus
Tulosten perusteella ei löytynyt yhtään sellaista vaihtoehtoa, jossa raaka-aine voitaisiin vaihtaa suoraan. Metyylimetakrylaatille löydettiin potentiaalinen biopohjainen vaihtoehto. Glyseroliformaalimetakrylaatti toimii hyvin pienessä mittakaavassa. Butyyliakrylaatin korvaamiseen tarvitaan jatkotutkimuksia.
Seuraavaksi on syytä tarttua pinta-aktiivikoostumukseen ja testata biopohjaiselle monomeerille yhteensopivampia vaihtoehtoja. Akrylaattidispersiita voi stabiloida myös hemiselluloosan avulla. Tästä Kiillon tuotekehityksessä on jo suoritettu alustavia testejä. Hemiselluloosa lisäisi myös reseptin bio-osuutta. Butyyliakrylaatti on pääraaka-aine ja sen korvaamisella kokonaan tai osittain voitaisiin kasvattaa bio-osuutta merkittävästi.
Tämän opinnäytetyön perusteella voidaan sanoa, että akrylaattidispersioiden tulevaisuus näyttää lupaavalta. Biopohjaisia raaka-ainevaihtoehtoja on olemassa ja polymeroiminen niillä onnistuu.
Lähde
Heikkinen, I. 2024. Biopohjaiset raaka-aineet tarraliima-dispersion polymeroinnissa ja lattialiimaformuloinnissa. Opinnäytetyö. Turun ammattikorkeakoulu.