Бумага или пластик?

Жесткое водонепроницаемое покрытие для бумаги направлено на снижение нашей зависимости от пластика

Фото: Классический журавль-оригами из бумаги с покрытием Choetsu (слева) и без покрытия (справа). При погружении в воду журавль из мелованной бумаги сохраняет свою форму, а немелованный быстро насыщается водой и начинает распадаться.

Ради людей и окружающей среды проводится значительное количество исследований по сокращению использования пластика, применяемого в самых различных целях. Исследователи впервые нашли способ придать полезные свойства пластика ь относительно устойчивым бумажным материалам.  Это можно сделать легко, экономично и эффективно. Покрытие под названием Choetsu не только делает бумагу водонепроницаемой, но также сохраняет ее гибкость и безопасно разлагается.

Трудно не соглашаться с тем, что пластиковые материалы в целом наносят ущерб окружающей среде. Большинство жителей Земли видели изображения пластикового загрязнения, вымываемого на пляжи, портящего реки и убивающего бесчисленное количество животных. Тем не менее, с учетом повсеместного распространения пластиковых материалов в повседневной жизни,  проблема избавления от него очень многим кажется не решаемой. Профессор Зендзи Хирои из Института физики твердого тела Токийского университета и его команда изучают способы, которыми в вытеснении пластика может помочь материаловедение. Их недавнее открытие направлено на замену некоторых видов использования пластика чем-то более устойчивым: бумагой.

«Основная проблема пластиковых материалов, как я понимаю, заключается в их неспособности быстро и безопасно разлагаться», — сказал Хирои. «Есть материалы, которые могут безопасно разлагаться, например бумага, но очевидно, что бумага не может использоваться в широком диапазоне применений пластика. Тем не менее, мы нашли способ придать бумаге некоторые приятные свойства пластика, но без каких-либо недостатков. Мы называем это Choetsu — недорогое биоразлагаемое покрытие, которое придает водонепроницаемость и прочность простой бумаге».

Choetsu представляет собой комбинацию материалов, которые при нанесении на бумагу самопроизвольно образуют прочную и водонепроницаемую пленку при контакте с влагой воздуха. Покрытие состоит из безопасных и недорогих химикатов, в основном из метилтриметоксисилана, некоторого количества изопропилового спирта и небольшого количества тетраизопропилтитаната. Бумажные конструкции, например контейнеры для пищевых продуктов, опрыскивают или погружают в эту жидкую смесь и сушат при комнатной температуре. После высыхания на целлюлозе, из которой изготовлена ​​бумага, образуется тонкий слой кремнезема, содержащего метиловый спирт, что обеспечивает прочность и водонепроницаемость.

Кроме того, реакции, которые происходят во время процедуры покрытия, автоматически создают слой наночастиц диоксида титана. Это приводит к грязе- и бактериоотталкивающему свойству, известному как фотокаталитическая активность, которое защищает предмет с покрытием в течение длительного периода времени. Все химические вещества, участвующие в покрытии, со временем распадаются на безвредные вещества, такие как углерод, вода и похожий на песок кремний.

«Техническая задача решена, и вскоре могут быть реализованы некоторые приложения, такие как предметы для потребления, упаковки или хранения продуктов питания», — сказал Хирои. «Теперь мы надеемся использовать этот подход и для других видов материалов. Жидкий состав можно настроить для других материалов, и мы можем создать грязе- и устойчивое к плесени покрытие, которое можно нанести на стекло, керамику и даже другие пластмассы, чтобы продлить их полезность. Я надеюсь, что вместе с исследователем Йоко Ивамия, которая уже некоторое время работает в этой области, и остальной частью моей команды мы сможем сделать что-то действительно полезное для мира».

Статья в журнале: Йоко Ивамия, Дайсуке Нисио-Хамане, Казухиро Акуцу-Суяма, Хироси Арима-Осоной, Мицухиро Сибаяма и Зендзи Хирои. « Фотокаталитическое покрытие на основе кремнезема и смолы для защиты бумаги от воздействия окружающей среды в качестве заменителя пластика » . Исследования в области промышленной и инженерной химии . https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c00784