Vukoje, Marina (2018) The influence of adhesion parameters on material and organic recycling of thermochromic prints = Utjecaj adhezijskih parametara na materijalno i organsko recikliranje termokromnih otisaka. Dissertation (PhD) thesis. Grafički fakultet. [Mentor: Rožić, Mirela].
|
PDF
Doktorski rad Vukoje Marina.pdf Download (18MB) | Preview |
Abstract
Termokromne boje sve više i više nalaze primjenu u raznim aplikacijama poput pametne ambalaže i sigurnosnog tiska. Iako je njihova uporaba za tisak na papiru i kartonu još uvijek ograničena, bitno je ispitati mogućnosti njihovog zbrinjavanja, ali i njihov utjecaj na recikliranje papira. Proizvodi na bazi papira jedan su od osnovnih komponenti komunalnog čvrstog otpada. Prema EU Direktivi o otpadu, hijerarhija zbrinjavanja otpada za proizvode na bazi papira podrazumijeva da se papirni proizvodi trebaju ponovno koristiti, reciklirati (materijalno ili organski) ili oporabiti u svrhu dobivanja energije. Stoga su u ovom radu ispitane su mogućnosti recikliranja termokromnih otisaka, klasičnom metodom deinking flotacije te organskim recikliranjem. S obzirom da termokromne boje sadrže različite štetne tvari, poput teških metala i bisfenola A, dobiveni reciklirani papir te procesne vode analizirane su na koncentraciju tih onečišćivala. Nadalje, ispitana je mogućnost organskog recikliranja ofsetnih i UV otisaka u anaerobnim uvjetima tla. Dodatna pozornost posvećena je interakcijama između papira i boja te njihovim ulogama u istraživanim metodama. Materijalno recikliranje termokromnih ofsetnih otisaka u svrhu dobivanja recikliranog papira provedeo je klasičnom kemijskom deinking flotacijom. Otisci termokromnih boja pomiješani su u jednakim udjelima i reciklirani u laboratorijskim uvjetima prema INGEDE metodi 11p. Učinkovitost procesa recikliranja procijenjena je izračunavanjem prinosa flotacije, povećanjem stupnja svjetline celulozne papirne pulpe i povećanjem bjeline te kolorimetrijskim svojstvima boje, određivanjem količine zaostale boje, kao i određivanjem sadržaja pepela prema standardnim metodama. Dobiveni rezultati upućuju na to da se termokromni ofsetni otisci loše recikliraju zbog jake adhezije boje na papiru. Slikovna analiza pokazuje da je deinking flotacija uspjela ukloniti samo 12,8% ukupne površine termokromne boje. Također je primjetan samo mali porast svjetline i bjeline (približno 5% i 2%). Rezultati su pokazali da je BPA prisutan u recikliranom papiru što se može objasniti lošim recikliranjem termokromskih otisaka. Uklonjeno je 50 % BPA u uzorcima nakon flotacije. Prema novim strožim graničnim vrijednostima koje je donio Europski lanac za papirnu i kartonsku ambalažu za hranu (CEPI / CITPA / CEFIC / FPE), najveće dopuštene količine BPA u analiziranim uzorcima nisu zadovoljile uvjete čistoće, jer su utvrđene koncentracije bile iznad maksimalno dopuštenih granica. Koncentracijea kationa teških metala određena su iz pepela laboratorijskih listova i fileter kolača načinjenih iz reciklirane papirne pulpe kao i odvojene flotacijske pjene. Veće koncentracije Zn i Fe u svim uzorcima potječu od tiskovne podloge. Koncentracije Mn i Co u recikliranom papiru i flotacijskoj pjeni potječu odkatalizatora sušenja prisutnih u bojama. Rast bakterije Bacillus subtilis i plijesni Aspergillus niger nije bio inhibiran u svim ispitanim uzorcima što ukazuje da nije bilo oslobađanja otrovnih tvari, unatoč prisutnosti BPA i teških metala. Termokromne boje povećavaju organsko onečišćenje procesnih voda što se vidi iz vrijednosti kemijske potrošnje kisika (COD) i ukupnog organskog uljika (TOC). Koncentracije teških metala u procesnim vodama bile su vrlo niske. Također su proučeni aspekti biorazgradivosti termokromnih leuko boja, ofsetne i UV sušeće, na različitim tiskovnim podlogama. Testovi biorazgradnje napravljeni su pod anaerobnim uvjetima tla. Stupanj biorazgradnje određen je vizualnom evaluacijom, određivanjem gubitaka mase, FTIR spektroskopijom, SEM mikroskopijom te određivanjem kolorimetrijskih svojstava. Dobiveni rezultati pokazuju da biorazgradnja otisaka ovisi o adheziji, tj. lošija adhezija će rezultirati smanjenjem brzine biorazgradnje, dok će jača adhezija rezultirati boljom razgradnjom papira. Reakcije između papira i termokromne boje daju različita svojstva otisaka zbog različitog afiniteta papira prema boji, a interakcije između njih će utjecati na biorazgradnju otisaka. Kada se boja nanosi na papir, polarne komponente papira reagirat će s polarnim komponentama boje. Manja količina polarnih komponenata papira dat će otisak s polarnim karakterom. U oba slučaja, za ofsetnu i UV sušeću boju, rezultati pokazuju da bolja apsorpcija veziva u strukturu upojnog papira rezultira tanjim slojem veziva na površini papira. Na neupojnom (sintetskom) papiru, mikrokapsule su prekrivene debljim slojem veziva. U slučaju upojnog papira, uočena je veća brzina biorazgradnje, što je rezultiralo većim brojem bakterija, većim gubitkom mase, većim promjenama u boji (uništavanju i deformiranju mikrokapsula) i smanjenjem termokromnog efekta otisaka. Deblji sloj veziva i klasičnog pigmenta na površini neupojnog papira uzrokuje najsporiju biorazgradnju otisaka. Rezultati pokazuju da mikrokapsule, koje prodiru u strukturu upojnog papira, promiču biorazgradnju papira. Rezultati su također pokazali da je vezivo u termokromnoj ofset boji (vegetabilno ulje + smola) stabilnije od polimerne smole (poliuretan akrilata) prisutne u UV boji. Dakle, organsko recikliranje može biti bolja metoda zbrinjavanja termokromatskih otisaka.
| Item Type: | Dissertation (PhD) thesis |
|---|---|
| Mentor name: | Rožić, Mirela |
| Other mentors: | Cigula, Tomislav and Bolanča Mirković, Ivana and Ćurković, Lidija |
| Defence date: | 4 July 2018 |
| Abstract in english: | Within this dissertation, material and organic recycling of thermochromic prints was examined. Adhesion parameters between thermochromic printing inks and printing substrates were examined as well, and their impact on studied methods of disposal was elaborated on. The obtained results indicate that thermochromic offset prints are poorly deinkable due to very high adhesion of inks to paper. Since thermochromic printing inks contain some toxic substances, their presence in the recycled pulps was also considered. Results showed that BPA was present in recycled pulps and it was above maximum permitted limits. The concentration of heavy metals cations Zn and Fe in all samples originate from printing substrate, while Mn and Co originate from drying catalysts present in inks. The growth of Bacillus subtilis and Aspergillus niger was not inhibited in all tested samples indicating that there was no release of toxic substances, despite the presence of BPA and heavy metals. Thermochromic inks also affect the process waters increasing the COD and TOC values. Obtained results of UV curable and offset thermochromic prints biodegradation showed that biodegradation depends upon the adhesion, i.e. lower adhesion will result in reduction of biodegradation rate, while the strong adhesion will result in better prints and papers degradation. Reactions between paper and thermochromic ink will form different prints properties due to different affinity of paper for ink while interactions between them will affect the prints and papers biodegradation. Results indicated that better absorption of binder into the absorbent paper structure results in thinner layer of ink binder on the paper surface. In the case of absorbent paper, the higher rate of biodegradation was detected, resulting in a higher number of bacteria, higher weight loss, higher changes in colour (destruction and deformation of microcapsules) and reduction in thermochromic effect of the prints. The thickest layer of ink binder and classic pigment on non-absorbent paper surface causes the slowest rate of biodegradation of print. Results show that microcapsules are promoting the rate of paper biodegradation. Results also indicated that ink vehicle used in thermochromic offset ink is more stable than the polymer resin present in UV curable screen printing thermochromic ink. Thus, organic recycling can be better option for thermochromic prints waste management. |
| Uncontrolled Keywords: | Termokromne boje, deinking flotacija, biorazgradnja, FTIR, SEM, kolorimetrijska svojstva |
| Keywords in english: | Thermochromic inks, deinking flotation, biodegradation, FTIR, SEM, colorimetric properties |
| Subjects: | TECHNICAL SCIENCES > Graphic Technology |
| Institution: | Grafički fakultet |
| City: | Zagreb |
| Number of Pages: | 218 |
| Callnumber: | 655:667.5:628.39 VUK t |
| Inventory number: | 10227 |
| Depositing User: | Nina Jelača |
| Status: | Unpublished |
| Date Deposited: | 26 Jul 2018 07:07 |
| Last Modified: | 26 Jul 2018 07:07 |
| URI: | http://eprints.grf.unizg.hr/id/eprint/2850 |
Actions (login required)
 |
View Item |
Download Statistics
Download Statistics