| 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. |
| Abstract (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. |
