Hudika, Tomislav (2022) Influence of the nanocomposite coating composition on the cardboard packaging characteristics = Utjecaj sastava nanokompozitnoga premaza na svojstva kartonske ambalaže. Dissertation (PhD) thesis. Grafički fakultet. [Mentor: Cigula, Tomislav].
|
PDF
Doktorski rad Hudika Tomislav.pdf Download (3MB) | Preview |
Abstract
Ambalaža, kao važan segment grafičke industrije, ima značajnu ulogu u vizualnoj komunikaciji te mora biti očekivane razine kvalitete tijekom cijelog vijeka trajanja proizvoda. Kako bi se to postiglo, otisnuti ambalažni materijal se često premazuje. Cilj ovog istraživanja je stvaranje nanokompozitnog premaza koji će unaprijediti funkciju osnovnog premaza te omogućiti prijenos vizualne poruke i funkciju ambalaže tijekom cijelog vijeka trajanja proizvoda. Ambalaža se dijeli na primarnu, sekundarnu i tercijarnu. Sekundarna je u kontaktu s kupcem i treba osim osnovne uloge – zaštite proizvoda, vizualno privući kupca. To se primarno postiže primamljivim dizajnom ili prijenosom informacija. Problem nastaje kad ambalaža nije standardne odnosno očekivane kvalitete te s vremenom, ako nije prodana, gubi na kvaliteti u smislu degradacije otiska ili smanjenja strukturne čvrstoće materijala. Jedan od primjera je ambalaža koja se nalazi u izlozima te je izložena elektromagnetskom zračenju, što s vremenom uzrokuje degradaciju vizualnih, ali i mehaničkih svojstava. Degradacija se najčešće očituje kao izbljeđivanje boje i postupno gubljenje slikovnih informacija, uključujući barkodove, što može uzrokovati smanjenje prava kupaca na jasnu informaciju. Jedna od mogućnosti zaštite proizvoda, odnosno slikovne informacije je aplikacija specijaliziranih folija i lakova (npr. UV lak koji se suši djelovanjem UV zračenja, vododisperzivni lak – lak na vodenoj bazi te uljni lak). Za ovo će se istraživanje pripremit će se ofsetni otisci te premazati pripremljenim nanokompozitima. Baza za nanokompozite je lak na vodenoj bazi u koji se dodaju nanočestice titanijevog dioksida (TiO2), cinkovog oksida (ZnO) u masenim koncentracijama od 0,25%, 0,50% te 1% te kombinacija TiO2/ZnO i silicijev dioksid (SiO2). Pripremljeni uzorci su karakterizirani određivanjem kolorimetrijskih vrijednosti, barijernih i adhezijskih svojstava, otpornosti na svjetlosnu degradaciju te antimikrobnog djelovanja. Istražena je i optimizacija sastava nanokompozita prema željenom djelovanju. Metode kojima se vršila karakterizacija podijeljene su u dvije kategorije, vizualni doživljaj i mehanička karakterizacija, a dodatno su ispitana površinska svojstva i antimikrobno djelovanje. Za analizu vizualnog doživljaja korištena je kolorimetrija i denzitometrija kako bi se istražio utjecaj premazivanja otiska nanokompozitima na promjenu tona boje kao i mogu li nanokompozitni premazi umanjiti utjecaj UV zračenja i tako zaštiti otisak. Snimanje i analiza SEM mikroskopskih otisaka poslužila je kako bi se detektirali mogući aglomerati nano čestica na površini otiska, dok je EDS metoda poslužila kako bi se istražio kemijski sastavmikrovidljivih nakupina. FTIR-ATR metodom kemijski se analizirao sastav i struktura površine prije i nakon premazivanje kao i nakon UV radijacije. Tom metodom ustvrdilo se posljedično stanje unutar strukture laka te analiziralo što se i kako događa kao posljedica ubrzanog starenja. Izmjerila se i analizirala čvrstoća uzoraka putem testa pucanja, otiranja i savijanja. Površinska svojstva određena su mjerenjem kontaktnog kuta referentnih tekućina čime je omogućeno određivanje slobodne površinske energije odnosno posljedično određivanje sile adhezije. Kako bi se utvrdila mogućnost inhibicije mikrobioloških kultura, napravljena je detaljna analiza na nekoliko bakterija i gljivica (Staphylococcus aureus ATCC 25923, Yersinia enterocolitica 4 / O: 3, Listeria monocytogenes ATCC 7644, inokulacija enterobakterije (Citrobacter spp.) u liofiliziranom obliku te plijesan Penicillium spp). Rezultati su pokazali da dodatak ZnO uzrokuje manju početnu devijaciju za cyan i crnu dok kod žute i magente ima veću u odnosu na premazivanje vodenim lakom, no slabije djeluje u usporavanju degradacije. TiO2 s druge strane ima veću početnu devijaciju, no uslijed djelovanja UV zračenja pruža bolju zaštitu otiska, ali i bolja barijerna svojstva za propusnost vodene pare. Dokazano je i da povećanje masenog udjela nanočestica povećava i razinu zaštite. Što se tiče antimikrobne zaštite, svaka nanočestica djeluje, no Hybrid/Z ima pruža najbolje rezultate na prikazane mikrobne kulture. Istraživanje je dokazalo da odabrane nanočestice ZnO i TiO2 same ili u kombinaciji sa SiO2 (hibridi) imaju mogućnost usporavanja i smanjenja utjecaja degradacije potaknute UV zračenjem. Isto tako poboljšana su barijerna svojstva otisaka odnosno ambalaže premazane nanokompozitima u odnosu na premazivanje nemodificiranim lakom. Dodatno, modificiranjem laka dodanim nanočesticama postignuto je povećanje antimikrobnog djelovanje.
| Item Type: | Dissertation (PhD) thesis |
|---|---|
| Mentor name: | Cigula, Tomislav |
| Thesis Committee: | Majnarić, Igor and Tomašegović, Tamara and Palović, Živko |
| Defence date: | 8 July 2022 |
| Abstract in english: | The aim of this research was to compose a nanocomposite coating which will upgrade existing varnish and enable transfer of the visual message and function of the packaging throughout the product’s lifespan. To fulfil its role, packaging material is often coated. For this research, lithographic offset printed samples were coated with prepared nanocomposites in various nanoparticle’s weight ratios (0.25%, 0.5%, 1% and 2 hybrid types (two types of nanoparticles in same coating)). The base of nanocoating was commercial water-based varnish while chosen nanoparticle were zinc oxide (ZnO), titanium dioxide (TiO2) and silicon dioxide (SiO2). The prepared samples were characterised by determining colorimetric values, barrier properties, surface and adhesion properties, resistance to colour fading and antimicrobial effect. The results showed that ZnO nanocoating will have a smaller initial effect on the colour change of the printed image after coating than the TiO2 counterpart but will also provide lower protection against induced accelerated ageing (UV radiation) or barrier properties for water vapour. Both nanocomposite types showed that increase of nanoparticle weight ratio leads to higher protection benefits. The hybrids (ZnO + SiO2 and TiO2 + SiO2) provide better barrier to water vapour properties than the nanocomposites with single nanoparticle. All presented nanocomposites will upgrade varnish’s antimicrobial properties, where the Hybrid/Z (Zno + SiO2) showed the strongest inhibition potential overall. This research provided a new method of possible varnish modification via added nanoparticle that can upgrade the protective benefits of the varnish against outer environmental influence such as UV radiation. The newly formed nanocomposite coatings protected the printed image while having limited effect on the colorimetric values of printed inks. Moreover, the prepared nanocomposite coating provided an inhibition of microbial growth. |
| Uncontrolled Keywords: | kartonska ambalaža, premazi, nanokompoziti, cinkov oksid, silicijev dioksid, titanov dioksid |
| Keywords in english: | cardboard packaging, coatings, nanocomposite, zinc oxide, silicon dioxide, titanium dioxide |
| Subjects: | TECHNICAL SCIENCES > Graphic Technology |
| Institution: | Grafički fakultet |
| City: | Zagreb |
| Number of Pages: | 115 |
| Callnumber: | 621.798:62-761:655 HUD i |
| Inventory number: | 10501 |
| Depositing User: | Nina Jelača |
| Status: | Unpublished |
| Date Deposited: | 07 Sep 2022 11:11 |
| Last Modified: | 07 Sep 2022 11:11 |
| URI: | http://eprints.grf.unizg.hr/id/eprint/3359 |
Actions (login required)
 |
View Item |
