Công nghệ laser đột phá: Hàn kín bao bì giấy không cần nhựa hay keo dán

Trong cuộc chiến bao bì giữa giấy và nhựa, nhựa vẫn giữ một vị thế không thể thay thế nhờ khả năng hàn kín vượt trội. Cho đến nay, các loại bao bì giấy vẫn phải nhờ vào các lớp phủ nhựa hoặc keo dán để đảm bảo tính chống thấm và giữ kín hơi. Tuy nhiên, các nhà khoa học từ Viện Fraunhofer (Đức) vừa phát triển một phương pháp mới có thể loại bỏ hoàn toàn các thành phần bổ trợ này thông qua dự án PAPURE.

Mặc dù chúng ta đang nỗ lực sử dụng bao bì giấy để bảo vệ môi trường nhưng thực tế nhiều sản phẩm vẫn chứa nhựa. Do giấy có đặc tính xốp, không khí có thể lọt vào và chất lỏng có thể rò rỉ ra ngoài. Ví dụ, các hộp sữa và nước trái cây nhìn bề ngoài là giấy nhưng thực chất được lót một lớp nhựa (thường là polyethylene) và hàn nhiệt ở các mép để chống thấm. Tương tự, túi đựng bánh quy hay khoai tây chiên cũng sử dụng màng nhựa hàn nhiệt để giữ độ giòn. Những thành phần nhựa này làm ô nhiễm nguồn giấy tái chế, gây khó khăn cho quá trình xử lý và ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng phân hủy sinh học.
Để tạo ra dạng “keo tự thân” để giải quyết vấn đề này, dự án PAPURE sử dụng laser CO2 để tác động trực tiếp lên bề mặt giấy. Quá trình bắt đầu bằng việc phân tích các loại giấy để xác định hàm lượng cellulose sinh học (bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin) vì những thành phần này quyết định đặc tính kết dính của giấy khi được xử lý nhiệt.
Khi tia laser chiếu vào, nó nhanh chóng nung nóng bề mặt và chuyển hóa các thành phần sinh học sẵn có trong giấy thành các hợp chất chuỗi ngắn. Nhà nghiên cứu Volker Franke giải thích rằng quá trình này tạo ra các sản phẩm phản ứng có thể nóng chảy, mang tính chất giống như đường, đóng vai trò thay thế cho keo dán tổng hợp. Khi tác dụng nhiệt và áp suất lên vùng đã được xử lý laser, các sản phẩm phân cắt này sẽ hàn kín bề mặt giấy lại với nhau.
Nghiên cứu cho thấy kết quả vô cùng ấn tượng: một mối hàn chỉ dài 2 cm và rộng 3 mm có khả năng chịu được trọng tải lên tới 20 kg. Các nhà khoa học cũng lưu ý rằng các loại giấy dày thường phù hợp hơn cho quy trình hàn không chất kết dính này. Ngược lại, những loại giấy chứa quá nhiều hợp chất vô cơ như bột talc hay canxi cacbonat có thể gây tác động tiêu cực đến độ bền của mối hàn.
Không chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã phát triển một đơn vị sản xuất mô-đun có khả năng chế tạo các loại túi phẳng 4 cạnh phổ biến. Quan trọng hơn, công nghệ này có thể được tích hợp trực tiếp vào các dây chuyền sản xuất hiện có, giúp các doanh nghiệp chuyển đổi sang sản xuất bao bì xanh một cách liền mạch và hiệu quả. Đây được xem là bước đi quan trọng hướng tới một tương lai nơi bao bì giấy có thể phân hủy hoàn toàn mà không để lại dấu vết của nhựa hay hóa chất độc hại.

Tác giả: LH, (Viện Fraunhofer)