Не так давно канадский стартап технологии Cellulotech получил награду Packaging Europe в категории «Устойчивое развитие возобновляемых материалов на этапе подготовки сырья». Эта награда для технологии, которая отвечает потребностям отрасли в переходе к возобновляемым ресурсам, которые используются для создания барьерных свойств у конечного продукта, без использования пластика или других материалов. В частности, технология Cellulotech использует процесс, открытый еще учёным Дэниелом Самейном, в котором соединяются молекулы длиной один нанометр, и обеспечивается широкий спектр барьерных свойств.

Технология Cellulotech является эффективной и снижает экономические затраты, поскольку в результате изготовления используется в сотни раз меньше материала на квадратный метр, чем при традиционном покрытии. Кроме того, обеспечивается возможность вторичной переработки бумажной продукции, одновременно снижая уровень выбросов углекислого газа, связанных с традиционными процессами нанесения покрытия.

Покрытие или молекулярная трансплантации

Чтобы понять, как работает технология Cellulotech, нужно думать нестандартно.

«Это не покрытие», — подчеркивает Ромен Метивет, основатель и генеральный директор предприятия, разработавшего технологию Cellulotech. «Мы не добавляем слой материала на бумагу, чтобы защитить ее. Скорее, мы используем молекулярную трансплантацию, чтобы прикрепить крошечные молекулы длиной в один нанометр вокруг волокна целлюлозы».

Ромен Метивет утверждает, что этот запатентованный процесс не меняет ни тактильные ощущения бумаги, ни ее вес. «Поверх бумаги нет слоя материала», — добавляет он. «Это химический барьер, который изменяет свойства поверхности бумаги незаметно для вас».

Чтобы лучше объяснить концепцию, Метивет использует пример воды и масла, налитых в стакан. Естественно, они не будут смешиваться, а будут разделенными.

«Это тот же самый феномен», — говорит он. «Мы прикрепляем крошечные жирные молекулы вокруг волокон, и вода просто стекает с бумаги, а не впитывается в неё. Лучший способ это представить — превратить бумагу в гортекс (водонепроницаемый дышащий материал). Бумага становится супергидрофобной, но при этом дышащей, поскольку её поры остаются по-прежнему открытыми, что отличает данную технологии от традиционного метода покрытия верхним слоем, которое закрывает поры. Более того, данная пропитка может держаться в течение десятилетий».

Весьма интересно, что этот инновационный процесс не просто обрабатывает поверхность бумаги. «Он наносится на конкретную поверхность, — объясняет Метивет, — а это означает, что мы обрабатываем всю толщину бумаги. Кроме того, у вас больше нет капиллярного захвата, и вы можете сгибать или разрезать бумагу, не повреждая барьерные свойства. Бумага всегда защищена».

Более того, этот усовершенствованный процесс не влияет на возможность вторичной переработки бумажной продукции, объясняет Метивет. «Вы можете перерабатывать ее, как обычную бумагу», — добавляет он.

Доступное решение

Одним из ключевых преимуществ технологии Cellulotech является то, что реагент, используемый в этом процессе, имеет биологическое происхождение, легко доступный на рынке и вполне приемлем по стоимости.  Кроме того, немаловажным является тот факт, что для реализации данной технологии требуется лишь небольшое количество этого реагента.

«Мы используем очень небольшое количество реагента, потому что основное - это химическая реакция, и нам не нужно наносить на бумагу большой слой материала», — говорит Метивет.

«В зависимости от вида бумаги, — добавляет Метивет, — нам нужно от 20 до 100 мг реагента на квадратный метр. При этом в настоящее время это самый дешёвый вариант: 4 доллара за килограмм. Если произвести расчёт всей технологический операции, этот процесс окажется в десятки раз дешевле традиционных технологий нанесения покрытий. Кроме того, в результате применения этой технологии вы можете уменьшить ползучесть и вес бумаги и получить новый стандарт калибровки, что значительно снижает производственные затраты».
По оценкам Метивета, стоимость этой технологии в зависимости от субстрата составляет от 0,1 до 0,5 цента за один квадратный метр.

Описание технологического процесса

Специальный реагент наносится на готовое бумажное изделие горячим и сухим способом, который можно адаптировать для работы с трехмерными формованными предметами из целлюлозы, например, чашками или поддонами. Кроме того, данный реагент может улучшить качество бумаги, покрытой гидрофильными слоями, тем самым улучшая ее барьерные характеристики для воды и пара и способствуя получению данных свойств для пластика, пригодного для вторичной переработки, или силиконоподобного материала.

При этом в настоящее время на рынке отсутствует оборудование необходимое для масштабирования технологического процесса молекулярной трансплантации. Его ещё необходимо разработать, наладить и протестировать, прежде чем мы сможем предложить технологию Cellulotech крупномасштабным бумажным фабрикам. «Прямо сейчас, — добавляет Метивет, — мы находимся в процессе поиска партнёров и финансирования, которое нам понадобится для расширения процесса».
  
Одна из основных проблем, с которой сталкивается Метивет и его команда, заключается в том, что невозможно просто модернизировать существующие машины для нанесения покрытия по новой нано технологии. «Время реакции составляет 0,1 секунды, — добавляет он, — так что это очень, очень быстро. Сама реакция происходит в так называемой фазе равновесия жидкость-газ. Это означает, что мы наносим реагент в виде очень тонкого слоя жидкости, при этом он распределяется по поверхности в виде газа. Вот почему нам необходимо специальное оборудование».

Разработчики технологии Cellulotech сейчас ведут активные переговоры с несколькими компаниями о производстве необходимого оборудования для расширения масштабов использования нового метода защити бумаги и планируют запустить промышленные пилотные проекты в Северной Америке и Европе. «Как только пилотный проект будет готов, — добавляет Метивет, — любой производитель оборудования сможет изготовить аналог. Сейчас необходимо разработать чертежи, и дальше будет проще".

По оценкам Метивета, разработка полного технологического проекта «под ключ» с созданием необходимого оборудования будет готов для бумажных фабрик примерно через четыре-пять лет. «В течение нескольких лет мы сделаем его для машин, работающих на более низких скоростях", - добавляет он, — «но для БДМ, которые работают со скоростью 1 000 метров в минуту и более и шириной полотна 4 или 5 метров, необходимо гораздо больше времени.  С моей стороны будет слишком оптимистично говорить о том, что мы будем готовы через пару лет».

Новые рынки, новые продукты

По словам Метивета, как только данная технология будет готова к выходу на рынок, она откроет новые возможности для бумажной продукции. Так, например, можно будет изготовить бумажные медицинские маски, которые смогут отталкивать капли, содержащие вирусы и микробы, при этом позволяя пользователю свободно дышать.

Еще одно применение, предложенное Метиветом, — использовать для бумаги, которая сможет удалять разливы нефти в океане или на промышленных предприятиях. «Мы можем обработать бумажное полотенце, — объясняет он, — и сделать его гидрофобным. Таким образом, он не будет впитывать воду, при этом будет поглощать пролитое масло. Это означает, что мы сможем удалять разливы нефти используя бумагу, которая дешевле в производстве, при этом имеет огромную ценность».

Данная технология открывает новые рынки для бумаги, и её можно будет использовать как в строительстве, так и для опреснения воды.

Метивет уверен, что сможет пройти этап пилотного проекта и вывести новую технологию на рынок без каких-либо серьезных проблем. «Мы хотим добиться быстрого роста, и у нас есть четкая дорожная карта на будущее», — говорит он. «Это инновация, для масштабирования которой потребуется несколько лет, но как только это произойдет, она изменит все. Мы убеждены, что наша технология изменит бумажную и упаковочную промышленность и поменяет наше представление о биоматериалах. Бумага — это материал будущего, и мы этому очень рады».