Plastični otpad, štetan po životnu sredinu, poslednjih godina u Nemačkoj je u stalnom porastu. Ambalaža stvara posebno velike količine otpada. Premazi na biljnoj bazi za papirnu ambalažu mogli bi da obezbede održivu alternativu u budućnosti.
U projektu BioPlas4Paper, istraživači sa Fraunhofer instituta za površinsko inženjerstvo i tanke filmove IST i projektni partneri koristili su proces premazivanja poznat kao polimerizacija plazme da bi stvorili vodoodbojne i biljne barijere na papiru, čime su poboljšali otpornost papira na uticaja vremena.
Plastična ambalaža i dalje predstavlja veliki problem za životnu sredinu. Papir se, pak, pravi od obnovljivih sirovina. Njegova prednost u odnosu na plastiku na bazi nafte je u tome što se raspada i ne ostaje u zemlji dugi niz godina.
Međutim, nepremazani papir ne predstavlja nikakvu prepreku za vlažnost ili kiseonik. Običan papir je osetljiv na temperaturu, snažno reaguje na vlagu i bakterije, a karakterišu ga neravne površine.
Da bismo u potpunosti iskoristili potencijal materijala, poboljšali mogućnosti reciklaže, zamenili plastičnu ambalažu i otvorili nova polja primene, moramo da poboljšamo vek trajanja, trajnost i kvalitet proizvoda od papira.
Ovo je zadatak kojem se istraživači iz Fraunhofer IST posvećuju u projektu BioPlas4Paper, blisko sarađujući sa Tehničkim univerzitetom u Darmštatu i Thunen institutom za istraživanje drveta.
U cilju stvaranja homogenih premaza na papiru koji odbija vlagu, projektni partneri se fokusiraju na biljne supstance kao što su origano i čia ulje, kao i na ekstraktivni materijal dobijen od kore. Pored ostalih svojstava, ove biljne supstance pokazuju antibakterijsko dejstvo.
„Do sada smo koristili neiskorišćene biljne supstance sa visokim udelom nezasićenih masnih kiselina kako bismo papir učinili hidrofobnim, odnosno vodoodbojnim. Za to koristimo tehnologiju plazme pod atmosferskim pritiskom, gde se gas pobuđuje visokim naponom pod ambijentalnim uslovima. pritisak za generisanje plazme, odnosno mešavine čestica jona, slobodnih elektrona i, u većini slučajeva, neutralnih atoma ili molekula, proces izaziva pražnjenje između elektroda“, kaže Martin Belman, istraživač na Fraunhofer IST u Braunšvajgu.
Dodatak azota pretvara biljne supstance u aerosol i uvodi ih u plazmu kao isparene organske prekursore da bi se formirale polimerne mreže.
Stručnjaci ovaj proces, u kojem se prekursori aktiviraju plazmom, nazivaju polimerizacijom plazme. Čestice mikrometarske veličine se spajaju i formiraju plazma polimere. Sićušne kapljice se takođe povezuju sa papirom i ravnomerno se šire po sirovoj papirnoj podlozi, prodiru duboko u pore i vlakna površine.
„Plazma je od suštinskog značaja za reaktivnost biljnih molekula i omogućavanje im da se umreže u polimere“, objašnjava Belman.
Plazma se stvara pomoću izvora plazme jonizujući gas između dve rotaciono simetrične elektrode na koje se primenjuje visoki napon. Novo je geometrijski raspored elektroda i način na koji se uvodi aerosol i pali plazma.
Kombinacija ovih mera proizvodi inovativni koncept koji su istraživači razvili posebno za projekat, omogućavajući – pod atmosferskim pritiskom – da se minimiziraju efekti ambijentalnog vazduha čak i pri većim brzinama premaza, uz održavanje konzistentnih i ponovljivih rezultata.
„Pri visokim brzinama obrade, hrapavost površine papira izaziva turbulenciju u ambijentalnom vazduhu, menjajući svojstva plazme. Ovim štetnim efektima možemo izbeći naš koncept“, kaže Belman.
Izvor plazme se uvodi blizu površine papira, čime se potpuno istiskuje okolni vazduh. Istraživači rade sa temperaturama plazme od oko 70 stepeni Celzijusa kako ne bi uticali na sam papir, na biobazirane molekule prekursora ili na svojstva plazma polimera koji se proizvode.
Brojni testovi koji uključuju širok spektar biljnih ulja i ekstrakata omogućili su istraživačima da pokažu da se materijali na bazi biologije mogu odvojiti ili deponovati ponovljivo i homogeno korišćenjem plazme.
Odlični hidrofobni premazi mogu se postići sa maslinovim uljem i chia uljem, na primer. U zavisnosti od korišćenih prekursora i parametara premaza, istraživači mogu uticati na premaze i optimizovati ih. Cilj je pripremiti papir za sve sofisticiranije slučajeve upotrebe i, u budućnosti, čak i zameniti plastične materijale.
„Jedan primer su pokretne kutije, koje, sa našim hidrofobnim premazima, mogu da izdrže čak i duže periode kiše, a da ne postanu mekane. Naš cilj je da smanjimo zavisnost od fosilnih resursa i podržimo prelazak na ekonomiju koja štedi resurse“, kaže Belman.
