A Nanyang Technological University (Szingapúr) fejlesztése
Az NTU szingapúri tudósai újrahasznosítható pollenalapú papírt fejlesztettek ki ismételt nyomtatáshoz. Ez a papír a nyomtatás után „törölhető” és többször is felhasználható anélkül, hogy a papír megsérülne – állítják a kutatók.
Az Advanced Materials online kiadásában megjelent kutatási cikkben az NTU szingapúri tudósai bemutatták, hogyan lehet lézernyomtatóval nagy felbontású színes képeket nyomtatni a nem allergén pollenből készült papírra. Ezután lúgos oldattal teljesen eltávolították a festéket, a papír károsítása nélkül. Továbbá bebizonyították, hogy ez a folyamat legalább nyolcszor megismételhető.
A hagyományos papír környezetbarát alternatívája?
„Ez az innovatív, nyomtatható „pollenpapír” környezetbarát alternatívája lehet a hagyományos papírnak, amely többlépcsős folyamaton keresztül készül, jelentős negatív környezeti hatással” – mondta az NTU Subra Sureshés Cho Nam-Joon professzorok vezette csapata. „Segíthet a hagyományos papír-újrahasznosítással összefüggő szén-dioxid-kibocsátás és energiafelhasználás csökkentésében is, amely magában foglalja a pépesítést, a nyomdafesték eltávolítását és az újrapapír-képzést” – tették hozzá.
Subra Suresh professzor, az NTU elnöke és a tanulmány egyik vezető szerzője elmondta: „Ebben a tanulmányban bemutattuk, hogy lehetséges nagy felbontású színes képeket nyomtatni erre a papírra. Természetes, növényi alapú anyagból készült, amelyet az általunk nemrégiben kifejlesztett eljárással allergénmentessé tettünk. Bemutattuk továbbá, hogy ezt ismételten megtehetjük a papír sérülése nélkül. Ez az anyag életképes, környezetbarát alternatívája lehet a hagyományos faalapú papírnak, továbbá a papír újrahasznosításának új megközelítése. Nemcsak a papír fenntarthatóbb előállításával, hanem a papír élettartamának meghosszabbításával is, hogy minden általunk gyártott papírból a maximális értéket hozzuk ki.”
Cho Nam-Joon professzor, a tanulmány másik vezető szerzője kiegészítette: „Amellett, hogy könnyen újrahasznosítható, a pollenalapú papírunk rendkívül sokoldalú. A faalapú hagyományos papírtól eltérően a virágpor nagy mennyiségben keletkezik, és természetesen megújul. A skálázhatóság, a gazdaságosság és a környezeti fenntarthatóság szempontjából lehetséges nyersanyaggá teszi. Ezen túlmenően, ha vezetőképes anyagokat integrálunk a pollenpapírba, potenciálisan felhasználhatjuk az anyagot a flexibilis elektronikában, például zöld érzékelőkhöz, valamint a fejlett funkciók és tulajdonságok eléréséhez.”
Ez az innováció kiegészíti az NTU-n számos tudományterület kutatói által végzett technológiai fejlesztések és úttörő felfedezések sorát, összhangban az Egyetem 2021-ben kiadott Fenntarthatósági Kiáltványában és az NTU 2025 stratégiai tervében felvázolt jövőképpel. A kutatók a termékre szabadalmi kérelmet nyújtottak be.
A papírgyártás fenntarthatóbb módja?
A hagyományos papír a fában található cellulózrostokból készül. A papírgyártási folyamat energiaigényes lépésekből áll, beleértve a fakitermelést, a kéregtelenítést és a forgácsolást. A cellulóz- és papíripar a globálisan értékesített ipari faanyag 33–40 százalékát teszi ki. A papírgyártás ezen formája tovább fokozza az erdőirtás és a növekvő szén-dioxid-kibocsátás globális problémáját. Ezzel szemben a virágporszemek rendszeresen és nagy mennyiségben keletkeznek genetikai hordozóként a növényi szaporodásban. Az újrahasznosítható pollenalapú papír gyártási folyamata hasonló a hagyományos szappankészítéshez, amely sokkal egyszerűbb és kevésbé energiaigényes. Kálium-hidroxid segítségével a tudósok először eltávolították a kemény napraforgó pollenszemcsékbe kapszulázott sejtkomponenseket, és puha mikrogél részecskékké alakították át. Ez a lépés egyben eltávolítja a pollenből az allergiát okozó összetevőt is. A tudósok ezután ioncserélt vizet használtak a további nem kívánt részecskék eltávolítására a keletkező pollen mikrogélből, mielőtt egy 22×22 cm-es formába öntötték, hogy levegőn megszárítsák.
Az így képzett ív körülbelül 0,03 mm vastag volt, körülbelül fele az emberi haj vastagságának. A kutatócsapat korábbi vizsgálatai kimutatták, hogy a pollenpapír hajlik és kunkorodik a levegőben lévő nedvesség hatására. Ezért a papír „stabilizálása” és a nedvességgel szemben érzéketlenné tétele érdekében a tudósok ecetsavba merítették.
Nyomtatás, lemosás, nyomtatás …
Napraforgópollen-papírjuk nyomtathatóságának demonstrálására az NTU tudósai lézernyomtatóval nyomtattak egy festményt Vincent Van Gogh Napraforgó sorozatából. Azt találták, hogy a papír szakadás vagy sérülés nélkül haladt át a nyomtatón. A festékpor részecskék egyike sem vált le a ragasztószalag-teszt során. Ez arra utal, hogy a festékréteg stabilan lerakódott a pollenpapír felületére. Azonban a pollenpapírra nyomtatott kép színei kissé eltértek a hagyományos papírra nyomtatott képtől, részben a későbbi kezelések különbségei miatt. A kép felbontása és tisztasága ugyanakkor mindkét papírtípuson összehasonlítható, értékelhető volt.
A tudósok azt is megállapították, hogy a későbbi vízbe merítés nem károsította vagy lágyította a nyomtatott pollenpapírt. Az NTU csapata ezután megmutatta, hogy a pollenpapír felületéről eltávolítható a nyomtatás. Az úgynevezett „unprinting” egy olyan koncepció, amely az elmúlt években jelent meg, mint a hagyományos módszerek környezetbarát alternatívája, amellyel a festéket eltávolítják a papírról az újrahasznosítás előtt. Ez a lézernyomtatóval kinyomtatott festék toner és a papír közötti kötés gyengülésével jár. A tudósok ezt úgy érték el, hogy bemerítették a papírt egy általános laboratóriumi reagensbe, amely lúgos, és két percig finoman dörzsölték. A pollenpapír a lúgos oldatba merítve megduzzadt, amely a toner réteg mechanikus szétesését és a papírról való lemállását okozta.
Az eljárás során megduzzadt papírt ezután öt percig etanolban zsugorodni hagyták, majd levegőn megszárították. Az ecetsavval való kezelés után a papír ismét nyomtatásra készen állt. Ez a folyamat a pollenpapír savval történő kezelésével, nyomtatásával, majd a nyomtatott kép „lemosásával” nyolcszor megismételhető a papír szerkezeti integritásának vagy a nyomtatott képek minőségének romlása nélkül – állapították meg tanulmányukban.
„Ez ellentétben áll a hagyományos papíroknál alkalmazott nyomtatás-eltávolítási technikákkal, amelyek olyan vegyi anyagokat használnak, mint például a kloroform vagy az aceton a festék és a papír közötti kötés gyengítésére, vagy nagy intenzitású fényt a festék eltávolítására a nyomtatott papírról. Azonban mindkét módszer károsíthatja a papír fizikai épségét, és alkalmatlanná teheti az újranyomtatásra. Emellett a vegyszerek használata környezeti és egészségügyi kockázatokat is jelenthet” – mondták a tudósok.
A napraforgó virágporán kívül az NTU tudósai azt találták, hogy a kamélia cserje és a lótusz virágainak pollenszemcséiből is lehet papírszerű anyagot készíteni, hasonlóan a napraforgó „pollenpapírjához”. Munkájuk tehát azt mutatja, hogy nem csak egy típusú pollenfajtát lehetne felhasználni a hagyományos papír helyett az újrahasznosítható alternatívák létrehozására.
