≥©

Сегодня бумага всё чаще рассматривается как замена пластику и алюминиевой фольге в упаковке. Она экологична, биоразлагаема и легко перерабатывается. Но у бумаги есть один большой недостаток — она плохо защищает от кислорода и влаги. Это значит, что продукты в бумажной упаковке быстро теряют свежесть, а срок хранения сокращается.

Чтобы улучшить свойства бумаги, обычно используют ламинаты — тонкие слои других материалов. Например, на бумагу наносят полиэтилен или алюминий. Но такие многослойные упаковки трудно перерабатывать, ведь разные материалы прочно соединены друг с другом. В результате значительная часть такой упаковки идёт в отходы.

Учёные ищут решение, которое одновременно:

• улучшит защитные свойства бумаги, 
  
• не сделает её трудноперерабатываемой, 
  
• и будет экологичным. 

Одним из перспективных материалов стали наноцеллюлозные волокна (CNF). Это те же целлюлозные волокна, что составляют бумагу, но измельчённые до нанометрового масштаба. Их можно представить как паутинку из мельчайших нитей, которые переплетаются в плотную сеть. Такая сеть образует тонкую «шкурку», которая закрывает поры бумаги и делает её барьером для газов и влаги.

В этой работе авторы проверили, можно ли создать прочное покрытие на бумаге с помощью распылительного нанесения CNF (spray coating). Иными словами, суспензию наноцеллюлозных волокон распыляют на поверхность бумаги слоями, пока не получится равномерный защитный слой.

Рис.1 - Необходимость нанесения CNF-покрытия на бумажные подложки

Задачи исследования были следующие:

1. Проверить, насколько равномерно CNF покрывает бумагу (микроструктура, пористость).

2. Измерить, как изменяются барьерные свойства — проницаемость для кислорода (OTR) и водяного пара (WVTR).

3. Изучить, влияет ли покрытие на прочность бумаги.

4. Оценить перспективы метода как альтернативы пластиковым ламинатам.

Материалы и методы

Чтобы проверить идею ламинирования бумаги с помощью наноцеллюлозы, исследователи использовали обычные бумажные подложки и нанесли на них тонкие слои CNF методом распыления.

Бумажные образцы

В качестве основы брали стандартную упаковочную бумагу. Она имела пористую структуру (в ней есть множество микроскопических «каналов», через которые могут проходить воздух и влага). Именно поэтому без дополнительной обработки такая бумага плохо защищает продукты ≥ ©.

Наноцеллюлоза

Наноцеллюлозные волокна (CNF) получали из древесины механическим способом. В воде они образуют суспензию, напоминающую молочную жидкость. При высыхании эти волокна плотно переплетаются, образуя сплошной тонкий слой — как если бы паутина превратилась в плёнку.