Российские вузы на переднем крае революции в упаковке

Научные кадры ведущих отечественных вузов работают в области упаковочных материалов и технологий, разрабатывают новые конструкции упаковки. Их усилия направлены на осуществление прорыва в области упаковки, который сможет изменить облик нашей отрасли. Инновации российской вузовской науки способствуют повышению функциональности и безопасности упаковки, а также ее экологичности. Всё это соответствует растущим требованиям рынка. Большой вклад ученые из российских университетов вносят в развитие технологий вторичной переработки упаковки и составляющих ее материалов. В настоящее время очень важна задача улучшения процессов вторичной переработки упаковки, что позволит улучшить экологическую ситуацию в России. Многие виды упаковки до сих пор не перерабатываются, поскольку нет соответствующих технологий или они слишком дороги.

В Пермском Политехе исследовали вариант переработки упаковки «тетрапак»

Одно из перспективных направлений научной деятельности вузов – работа над возможностями вторичной переработки пищевой картонной упаковки типа «тетрапак». Хотя картон является достаточно экологичным материалом, тетрапак состоит не только из него. В этой упаковке содержится полиэтилен и алюминий. Сдать такую коробку на переработку вместе с другим картоном и бумагой не получится. Поскольку такая упаковка имеет несколько слоев, перерабатывать ее дорого и сложно. Специалисты Пермского Политеха применили новый подход к переработке картонной части этой упаковки, который позволяет получить порошковую целлюлозу. Статью об этом пермские ученые опубликовали в сборнике «Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации» в 2024 году. По информации пресс-службы Пермского национального исследовательского политехнического университета, данное исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

На долю картона в упаковке типа «тетрапак» приходится 75%, ещё 20% – на полиэтиленовую плёнку и 5% составляет алюминиевая фольга. Целлюлозное волокно из тетрапака относится к отходам низкого качества с содержанием клеящих веществ. В нашей стране эту упаковку перерабатывает всего несколько предприятий, которые мокрым методом разделяют фракции и перерабатывают целлюлозное волокно в сырье для гофрокартона, бумажные пакеты и новое бумажное волокно.

В пресс-релизе Пермского Политеха рассказывается о том, что ученые исследовали возможность утилизации волокнистой части упаковки «тетрапак» с получением порошковой целлюлозы. Этот легкий сыпучий материал в основном получают из древесины и других растительных материалов и применяют при производстве фармпрепаратов, зубных паст, кремов, продуктов питания или в качестве сорбента и фильтрующего материала.

Для исследования ученые из университета использовали волокнистую часть упаковки «тетрапак», полученную сухим разделением в разработанном Р.Х. Хакимовым аппарате аэродинамического действия, который с помощью направленного потока воздуха измельчает макулатуру на отдельные волокна, не разрушая их структуру. Одно из важнейших требований к пищевой порошковой целлюлозе – белизна продукта. Ольга Носкова, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» ПНИПУ, рассказала: «Для улучшения качественных показателей полученного волокна мы проводили его отбелку с помощью химических реагентов по специально разработанной схеме. В результате белизна составила 80%, что соответствует техническим условиям к волокнам для изготовления пищевой порошковой целлюлозы. Порошковую целлюлозу из беленого волокна политехники получили методом кислотного гидролиза, который заключается в разложении сложных соединений на более простые с помощью соляной кислоты. У сформированного продукта определяли показатели качества: сорбционную (поглощающую) способность, водоудержание, степень полимеризации, насыпную плотность и фракционный состав».

Исследование показало перспективность переработки упаковки «тетрапак» в порошковую целлюлозу для пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности.

Пермские ученые улучшили процесс получения качественной целлюлозы

Еще одним направлением научной деятельности стала разработка учеными Пермского Политеха улучшенной схемы процесса получения беленой и облагороженной целлюлозы для химической переработки высокого качества. Белизна продукта составляет не менее 90%, а также сокращается его воздействие на экологию.

Как сообщает ПНИПУ, статья о результатах исследования опубликована в журнале «Химия растительного сырья» (№ 4) за 2024 год. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».

Целлюлозу для химической переработки часто называют растворимой целлюлозой, поскольку в ходе дальнейшей переработки из нее получают растворы для производства различных волокон и плёнок. Это позволяет использовать ее для получения широкого спектра продуктов текстильной, пищевой, медицинской и других отраслей промышленности.

Ученые ПНИПУ улучшили разработанную ими ранее оригинальную технологию получения растворимой целлюлозы. Вместо дорогих кислорода, озона со сложными технологиями и неэкологичного молекулярного хлора они использовали экологичные и более технологичные отбеливающие реагенты – пероксид водорода и хлорит натрия. По словам Ольги Носковой, кандидата технических наук, доцента кафедры технологии полимерных материалов и порохов ПНИПУ, технология включает в себя несколько этапов. Целлюлозу необходимо обработать пероксидом водорода в кислой среде, затем щелочью. Далее производят отбелку: сначала хлоритом натрия, потом проводят горячее щелочное облагораживание и снова отбеливают хлоритом натрия. К целлюлозе для химической переработки предъявляются жесткие требования по вязкости в зависимости от ее назначения; этот показатель регулируют с помощью гипохлорита натрия. В заключение процесса отбелки проводят обработку целлюлозы кислотой.

Улучшенная технология обработки целлюлозы с использованием более экологичных реагентов, разработанная пермскими учеными, открывает новые перспективы для возобновления ее производства в России. Важное преимущество этой технологии состоит в том, что ее можно внедрить в существующие технологии на действующих заводах с относительно небольшими затратами, гораздо меньшими, чем строительство нового производства.

В СПбГУ создали умную упаковку из растительных материалов

Ещё одним важным направлением разработок является создание «умной» упаковки, способной информировать потребителя о свежести и безопасности. По сообщению из Санкт-Петербургского государственного университета, ученые-химики СПбГУ в сотрудничестве с учеными из Индии (Университет Махатмы Ганди), Бразилии (Федеральный университет Уберландии) и Южной Африки (Совет по научным и промышленным исследованиям) создали умную упаковку из натуральных компонентов. Ее делают из крахмала, который получают из корневищ растений, каррагинана, добываемого из морских водорослей, наноцеллюлозы, извлекаемой из эвкалипта и листьев ананаса, геля алоэ вера и экстракта цветков гибискуса.

По словам руководителя исследования Анастасии Пеньковой, профессора кафедры аналитической химии СПбГУ крахмал и каррагинан являются главными компонентами упаковки, наноцеллюлоза придает ей механическую прочность, а гель алоэ вера и экстракт гибискуса добавляют полезные свойства, позволяя защищать фрукты и овощи от бактерий. Анастасия Пенькова подчеркнула: «Такая упаковка не только сохраняет продукты свежими, но и может умно реагировать на изменения – изменять цвет, по которому можно определить порчу продукта, продлевая срок его хранения».

Новая упаковка может выпускаться в двух видах: в виде плёнок, которые смогут заменить пакеты, а также в жидком виде – для нанесения на фрукты и овощи вместо парафина прямо на производстве, а также для защиты плодов до и во время сбора урожая. В пресс-релизе университета отмечается, что плёнки, разработанные химиками СПбГУ, обладают высокой прочностью и устойчивостью к ультрафиолетовому излучению. Последнее позволяет использовать их прямо на плантациях, защищая фрукты и овощи от солнечных ожогов, которые могут привести к потерям урожая и финансовым убыткам для фермеров.

Наилучшие свойства, по словам ученых, продемонстрировали плёнки с малым содержанием каррагинана (менее 33,3 %) и большим наноцеллюлозы (7‑15 %). Они оказались более водостойкими, гидрофобными и прочными, а также меньше пропускали водяной пар. А добавление геля алоэ вера и экстракта цветков гибискуса придало плёнкам антибактериальные свойства. К тому же, плёнки приобрели способность изменять цвет в зависимости от кислотности (pH) окружающей среды.

РОСБИОТЕХ работает над инновационной перерабатываемой упаковкой

Пресс-служба Российского биотехнологического университета (РОСБИОТЕХ) сообщила об участии университета в проекте по созданию экологически безопасной упаковки для пищевых продуктов. Испытание мягкой барьерной упаковки Terraform Rec начал индустриальный партнер РОСБИОТЕХа – компания «ВкусВилл», совместно с компанией «Эдельвейс» и экоцентром «Сборка».

По сообщению из университета, новая упаковка способна сохранять свежесть продуктов благодаря уникальным свойствам, таким как защита от кислорода и влаги. Плёнка состоит из полиэтилена (PE), полиамида (PA) и слоя EVOH, который обеспечивает барьерную защиту. Упаковка получила маркировку 7OTHER, однако, в отличие от аналогичных плёнок, Terraform Rec подлежит вторичной переработке. Плёнка подходит для скоропортящихся продуктов, таких как охлажденное мясо и рыба, сыры, молочные продукты, кулинария, морепродукты и замороженные товары.

Сотрудники кафедры промышленного дизайна, технологии упаковки и экспертизы РОСБИОТЕХа и центра «Перспективные упаковочные решения и технологии рециклинга» провели испытания, которые подтвердили возможность вторичной переработки упаковочного материала. Из переработанной упаковки можно создавать твердые полимерные изделия, такие как вешалки, корзины для супермаркетов и др.

Студент САФУ из Узбекистана исследует способы производства бумаги из хлопка

По информации пресс-центра Северного (Арктического) федерального университета (САФУ), студент Высшей школы естественных наук и технологий САФУ, гражданин Узбекистана Исмоил Содиков стал инициатором исследования в области изготовления бумаги из стеблей хлопка. Технология способствует решению проблемы утилизации стеблей этого растения и дефицита сырья для бумажной промышленности в аграрных странах.

Исмоил Содиков привез стебли хлопчатника из Узбекистана специально для исследования. В настоящее время Узбекистан является одним из лидеров по производству ситца и поставке хлопка в зарубежные страны. После сбора хлопка остаются одревесневшие высокие стебли. В зимнее время жители используют их для отопления или кормления скота, но большое количество стеблей остаются на полях.

Поскольку целлюлозу можно производить из любого волокнистого сырья, студенту в голову пришла идея развить в Узбекистане бумагоделательное производство из стеблей хлопка, что не требует строительства больших заводов, а по технологии периодической варки производить сырьё для картона. По словам Исмоила Содикова, можно производить бумагу, получая волокнистые полуфабрикаты из стеблей хлопка и частично покрывать потребность страны в бумаге.

Как сообщает пресс-центр САФУ, исследование аспиранта – часть большой работы инновационно-технологического центра «Современные технологии переработки биоресурсов Севера» САФУ по поиску новых видов сырья и развития технологии получения материалов для производства бумаги и картона.

В СПбГУПТД экологично очистили офисную макулатуру от лазерного тонера

По сообщению Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД), ученые кафедры технологии целлюлозы и композиционных материалов университета разработали новую технологию для очистки офисной макулатуры от тонера с помощью ферментов. Традиционная технология предполагает использование химикатов, которые наносят вред окружающей среде, ферменты же за счет своего природного происхождения позволяют исключить из производственного процесса экологическое загрязнение, а также затраты на устранение последствий применения химикатов на предприятии. Кроме того, ферменты способны улучшить оптические показатели очищенной от тонера бумаги. Разработку внедрили на предприятии по производству упаковки для яиц, а также изделий из бумаги и картона ООО «Эко пэкэджинг интернейшнл компани» (Гатчина, Ленинградская область).

Мария Мидукова, один из авторов разработки, преподаватель кафедры технологии целлюлозы и композиционных материалов СПбГУПТД, рассказала: «Современные лазерные принтеры печатают тонером совершенно другого состава, куда входит полимерная оболочка, парафиновое ядро, а также поверхностные добавки, которые не позволяют так просто очистить бумагу. Из-за этого стандартная технология очищения предполагает использование химикатов. Однако предприятия заинтересованы в новой технологии удаления тонера, так как химикаты сильно вредят окружающей среде. Поэтому перед нами стояла задача найти эффективную экологичную замену».

Ученые СПбГУПТД предлагают заменить традиционные химикаты, используемые при удалении тонера с бумаги (гидроксид натрия, силикат натрия, пероксид водорода, олеиновую кислоту) на ферменты – вещества природного белкового происхождения, в частности на альфа-амилазу и целлюлазу, которые сыграют роль катализаторов в процессе гидролиза для избавления целлюлозы от тонера. Утилизировать ферменты гораздо проще и безопаснее. Эти вещества также улучшают оптические показатели конечного продукта. Мария Мидукова отметила: «Визуально бумагу мы оцениваем по ряду оптических показателей, куда входит, например, белизна, яркость, непрозрачность, флуоресценция. Ферменты улучшают показатели бумаги из вторичного сырья, на 3-5% поднимая ее белизну».

Эти и другие инновационные разработки ученых из российских университетов демонстрируют высокий потенциал отечественной науки в области материалов и технологий, используемых в индустрии упаковки. Новые исследования открывают дополнительные возможности для создания экологически чистой, безопасной и функциональной упаковки, которая отвечает требованиям экологии и способствует улучшению качества жизни.

Обзор подготовлен по материалам университетских пресс-служб ПНИПУ, СПбГУ, РОСБИОТЕХ, САФУ, СПбГУПТД