Причина проста: бумага пористая — она пропускает воздух и жидкости, поэтому для получения надежных, герметичных швов приходится использовать полимерные пленки или клеи. Молочные пакеты, стаканчики для кофе, упаковки для чипсов — они могут на 100% выглядеть как бумага, но внутри все равно будет скрываться слой полиэтилена. Именно он делает переработку такой упаковки сложной, а иногда — вообще невозможной.
Немецкие ученые из четырех институтов, относящихся к исследовательской организации Фраунгофера нашли способ полностью избавиться от присутствия пластика в бумажной упаковке. В рамках проекта PAPURE они разработали лазерную технологию, которая позволяет спаивать бумагу без какого-либо клея или синтетических материалов — используя для этого исключительно те вещества, которые уже содержатся в самой бумаге.
Процесс начинается с анализа бумаги. Ученые определяют содержание биоцеллюлозных компонентов — лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы, — а также неорганических примесей. «Избыточная доля неорганических соединений, таких как тальк и карбонат кальция, плохо влияет на способность бумаги к свариванию, а, значит, и снижает прочность швов. Кроме того, мы заметили, что более толстая бумага лучше подходит для склеивания предложенным нами способом», — поясняет соавтор работы Роберт Протц.
Затем поверхность бумаги облучают CO-лазером. Быстрый нагрев превращает лигнин, гемицеллюлозу и целлюлозу в короткоцепочечные соединения — своеобразный «самодельный клей», который остается на поверхности. При последующем нагреве и сдавливании этот «клей» надежно запечатывает шов. «Мы создаем из собственных компонентов бумаги плавкое, сахароподобное вещество, которые используем вместо синтетических материалов или клеев», — говорит один из разработчиков новой методики Фолькер Франке.
Результаты впечатляют уже сейчас: шов длиной всего 2 сантиметра и шириной 3 миллиметра выдержал нагрузку в 20 килограммов. Команда уже создала лабораторную установку, которая объединяет лазерную обработку и запечатывание и способна производить стандартные четырехсторонние пакеты. Важно, что такой модуль можно встроить в существующие производственные линии — это значит, что переход на по-настоящему «зеленую» упаковку не потребует строительства новых фабрик.
До применения технологии в промышленных масштабах еще только предстоит дойти: ученые продолжают подбирать оптимальные параметры мощности лазера, температуры и давления для разных типов бумаги. Но сама идея — превращать компоненты бумаги в ее собственный клей — выглядит элегантным решением проблемы, которая годами не давала бумажной упаковке стать по-настоящему экологичной.
Ранее ученые использовали съедобный гриб, чтобы сделать бумагу и ткань водонепроницаемыми.