В течение длительного времени пластик оставался незаменимым материалом для упаковки благодаря своей способности обеспечивать герметичность, даже в бумажных изделиях. Для надежной герметизации бумаги традиционно использовались клеи или пластиковые слои. Однако ученые разработали технологию, позволяющую отказаться от этих компонентов.

Проблема герметизации бумажной упаковки

Несмотря на усилия по сокращению использования пластика с помощью бумажной упаковки, пластик по-прежнему необходим для обеспечения герметичности. Бумага обладает пористой структурой, пропускает воздух и позволяет жидкостям вытекать, что делает ее недостаточно надежной для хранения продуктов и химикатов без дополнительной защиты.

В результате большинство бумажных упаковок для пищевых продуктов и бытовой химии содержит пластиковые элементы. Примеры включают картонные коробки для молока и сока с полиэтиленовым покрытием, бумажные пакеты для печенья и чипсов с термосвариваемыми пластиковыми пленками, а также кофейные стаканчики и коробки для еды на вынос с пластиковыми швами или покрытиями. Наличие пластика затрудняет переработку таких упаковок и снижает их биоразлагаемость.

Новый подход к созданию герметичной упаковки

Для решения этой задачи исследовательские институты общества Фраунгофера (Германия) объединились в проект PAPURE. Целью проекта является разработка лазерного нагревательного процесса, который позволит создавать упаковку без клея и полностью исключить необходимость в пластике.

Многоступенчатый процесс

Процесс начинается с анализа различных видов бумаги для определения их пригодности к термообработке. Оценивается содержание биоцеллюлозы, включая гемицеллюлозу, целлюлозу и лигнин, поскольку эти компоненты влияют на клеящие свойства бумаги. Также исследуется наличие неорганических соединений, таких как тальк и карбонат кальция, которые могут негативно сказываться на прочности швов.

Лазерная обработка

Основная инновация заключается в использовании CO-лазера для обработки поверхности бумаги. Лазер быстро нагревает бумагу, преобразуя лигнин, гемицеллюлозу и целлюлозу в короткоцепочечные соединения. В результате на поверхности образуется плавкий продукт расщепления, который при воздействии тепла и давления обеспечивает герметичность.

Таким образом, технология позволяет использовать внутренние биокомпоненты бумаги для создания клееподобного вещества, пригодного для термосваривания, без добавления синтетических материалов.

Разработка герметизирующих систем

Параллельно с лазерной обработкой разрабатываются системы герметизации для обработанной бумаги. Анализируются свойства материала, параметры лазера и характеристики плавких продуктов для оптимизации прочности соединения и герметичности. Ключевыми параметрами являются время, температура, давление и геометрия инструмента.

Результаты и перспективы

Исследования уже продемонстрировали высокую прочность новых соединений: шов длиной 2 см и шириной 3 мм выдерживает нагрузку до 20 кг. Разработана лабораторная модульная производственная установка, способная изготавливать плоские четырехсторонние пакеты, используемые для упаковки. Установка может быть интегрирована в существующие производственные линии, что позволит предприятиям легко перейти на экологичную упаковку без пластика.