Nanopapper nytt steg mot hållbara förpackningar

Enligt Statistikmyndigheten SCB:s siffror från 2020 kommer oljebaserad plast på andra plats när det gäller förpackningsmaterial. 248 800 ton användes i Sverige. 84 500 ton, endast cirka en tredjedel, återanvänds. Plasten har dock många goda egenskaper som enkel bearbetning, genomskinlighet och goda barriäregenskaper som generellt är svåra att ersätta med andra material på ett kostnadseffektivt sätt.

Kräver mycket energi

För att slippa använda fossila material i förpackningar har KTH-forskarna arbetat med kemiskt förbehandlade cellulosafibrer som på plats omvandlas till cellulosananofibriller i ett enkelt processteg. Dessa är både biologiskt nedbrytbara, starka och transparenta. De har också goda barriäregenskaper, det vill säga att nanofibriller ifrån cellulosa klarar av att innesluta förpackningsgaser som användas av livsmedelsindustrin för att skydda mat.

Ett huvudbry har varit hur materialet ska kunna framställas på en lönsam industriell nivå. Cellulosananofibriller är nämligen mycket svåra att avvattna, och vanligen är detta en process som kan ta många timmar och kräver mycket energi.

För att komma runt den tidskrävande processen har forskarna valt ett annat tillvägagångssätt som utan avvattning ifrån nanofibriller utan processen börjar med en avvattning av fibrer som är mycket lättare. De har noterat att det är möjligt att modifiera fibrer från blekt pappersmassa genom att utsätta fibrerna för två så kallade konsekutiva oxidationsprocesser. Processerna är sedan tidigare välkända, men har inte använts i den kombination som forskargruppen på KTH identifierat.

Anpassar materialet till industrin

Det papper som tillverkas av dessa fibrer ser ut som vanligt papper men har en inbyggd "trigger" funktion. Så länge fibrerna befinner sig i en miljö med lågt pH-värde så uppför materialet ungefär som ett vanligt papper. När det istället utsätts för en svagt basisk miljö bryts de skapade kemiska bindningarna i cellulosafibrerna så att de börjar svälla till en sådan grad att cellulosananofibrillerna frigörs. Inom loppet av några få minuter förvandlas materialet till ett nanopapper. Det får därmed de egenskaper som behövs för att vara ett bra förpackningsmaterial, det blir både transparent och mycket starkt.

– I stället för att anpassa industrin för att kunna utnyttja nanopapper, så gör vi tvärtom. Vi försöker anpassa materialet till industrin, säger Yunus Can Görür, forskarstuderande vid KTH och den som gjort lejonparten av forskningsarbetet.

Text: Peter Ardell

För mer information, kontakta Yunus Can Görür på gorur@kth.se.

Faktaruta

• Den nya tillverkningsmetoden är patentsökt tillsammans med BillerudKorsnäs AB, som fungerat som projektets industriella partner och som dess huvudfinansiär. Förutom Yunus Can Görür har även docent Per Larsson och professor Lars Wågberg ifrån KTH varit delaktiga som handledare i arbetet.
• Yunus Can Görür fick nyligen ta emot priset Blue Sky Young Researchers and Innovation Award  för sitt forskningsarbete. Priset delas ut av CEPI (Confederation of European Paper Industries) och vinnaren får presentera sina framsteg för representanter från den globala pappersindustrin. Yunus Can Görür och de andra forskarna pekar på att vinsten gjort det möjligt att placera KTH på EU-kartan när kommer till förnybara material och hållbara lösningar.
• Forskningsarbetet har resulterat i två vetenskapliga publicerinag, dels i Biomacromolecules  (2020) och dels i Applied Materials & Interfaces  (2021).