Different methods to predict barrier failure in packaging board or paper after converting were investigated. The approach was to compare substrates before and after creasing/folding

by applying different barrier tests and to propose a methodology to predict failure in the barrier layer. 

Different coatings were used to develop and verify the methodology; a hemicellulose based dispersion barrier coating, a dispersion coated PVOH coating and an extrusion coated PE. Creasing was performed according to standard procedure using recommended creasing geometries. Folding of paper was performed by a gentle creasing with a board backing followed by folding the paper between two metal plates with a well defined distance.

The first step in the evaluation was to visually inspect creased/folded substrates by light microscopy to search for coating failures in form of cracks. Both good and bad samples were then tested for grease resistance with a standard test, i.e. TAPPI 454. The TAPPI 454 test showed to be effective to expose barrier failure since oil would penetrate quite fast through the creasing line of cracked samples.

Even some samples that appeared to have no cracks in the light microscope showed failure with the grease test. The results showed that only the PE coated samples could sustain a barrier after creasing and folding. This was probably due to a high ductility of the PE-coating combined with a high thickness.

The water vapour transmission rate, WVTR, of the samples that passed the TAPPI 454 test was then measured on the samples that endured the grease resistance test. Since PE is a good water vapour barrier,

WVTR-measurements were proper for detecting barrier defects. The VWTR of the creased/folded samples was slightly higher for the creased samples than the un-creased references despite the absence of cracks. This was probably due to that the barrier layer got thinner as a result of the strains applied on the coating during the creasing/folding operation. 

A methodology to predict barrier failure in barrier coated packaging board and paper after creasing and folding was proposed. Well defined creasing and folding geometries were used in combination with screening for cracks in the barrier layer, first by visual inspection in light microscopy and then by a standard grease resistance test. The samples that passed then screening tests could then be analyzed using more exact but also more time consuming methods such as WVTR.

Olika metoder att förutspå skador i barriärskikt på kartong eller papper efter konvertering undersöktes. Tillvägagångssättet var att jämföra substrat före och efter bigning och vikning genom att tillämpa olika barriärtest och att föreslå en metod för att förutspå defekter i barriärlager. Olika barriärmaterial användes för att utveckla och bekräfta metoden: en hemicellulosa baserad dispersionsbestrykning, en dispersionsbestrykt PVOH barriär och en extruderad PE barriär. Bigandet utfördes enligt standard proceduren och rekomenderade biggeometrier användes. Vikningen av papret utfördes genom varsam bigning med kartong som stöd följt av vikning av pappret genom två metallplattor med ett bestämt avstånd.

Utvärderingen började med visuell inspektion av bigade/vikta substrat i ljusmikroskop för att finna barriärdefekter i form av sprickor. Både bra och dåliga prover testades sedan för fettbeständighet med hjälp av ett standardtest, dvs TAPPI 454. TAPPI 454 testet visades sig att vara ett effektivt sätt att identifiera barriärdefekter på grund av att penetration av olja vid biglinjen skedde snabbt på de prov som uppvisade sprickor.

Även några av de prov som ej uppvisade sprickor i ljusmikroskop klarade inte av fettbeständighetstest. Resultatet visade att det enda material som kunde bibehålla barriäregenskaper efter bigning och vikning var de PE belagda proven. Detta är antagligen tack vare PE-bestrykningens höga duktulitet och tjocklek.

Vattenångspermeabiliteten, WVTR, uppmättes på de prov som uthärdade fettbeständighetstestet. Eftersom PE är en utmärkt vattenångbarriär, var WVTR-mätningar lämpliga för att upptäcka barriärfel. WVTR resultaten för de bigade/vikta proven visade ett något högre värde än de obigade referenserna även om de inte hade sprickor. Det något högre WVTR värdet beror antagligen på att barriärskiktet blev tunnare på grund av töjningen i barriärskiktet under big/vikningen.

En metod för att förutspå skador i barriärbestrykt kartong och papper efter bigning och vikning föreslogs. Definierade big- och vikgeometrier användes i kombination av screening av sprickor i barriärskikten, först genom visuell inspektion i ljusmikroskop och sedan ett standarderiserat fettbeständighetstest. Proven som passerar screeningen kan sedan bli analyserade för mer exakta och tidskrävande metoder som WVTR.