Nanocellulose is een vezelachtig materiaal met een diameter van minder dan 100 nanometer en een lengte variërend van tientallen nanometers tot micrometers, verkregen door vezels op een combinatie van chemische, fysische, biologische of meerdere manieren te behandelen. De kleinste moleculaire eenheid van nanocellulose is glucose.
De moleculaire structuur van filamenteuze nanocellulosematerialen bevat een groot aantal hydroxylgroepen en een grote aspectverhouding (200-2000), zodat ze fysiek met elkaar verweven en dicht zijn, en hoge sterkte-eigenschappen kunnen vertonen.
Pulpvormen
Pulpgieten (gevormde vezels of pulpvormen) is een soort pulp gemaakt van plantaardige vezelgrondstoffen, zoals oudpapierproducten (zoals papier, karton), houtpulp, stropulp, suikerrietpulp, enz., die wordt verwerkt door chemische of mechanische behandeling, en vervolgens via een vormgietproces verwerkt tot een materiaal met een specifieke driedimensionale vorm en structuur.
De grondstoffen van pulpvormproducten komen uit de natuur en het afval kan na gebruik worden gerecycled en hergebruikt, zodat ze op grote schaal kunnen worden gebruikt in voedselverpakkingen (bekers, kommen, dozen, enz.), verpakkingen voor dagelijkse benodigdheden, verpakkingen voor cosmetica en onderdelen verpakking. Pulpgieten wordt beschouwd als een van de duurzame alternatieven voor plastic verpakkingen, wat helpt de milieuvervuiling te verminderen en de ontwikkeling van groene verpakkingsmaterialen te bevorderen.
Kenmerken en vereisten voor het vormen van pulp
Pulpgieten is een driedimensionaal structuurmateriaal dat plantaardige vezels als basisframework gebruikt en de prestaties ervan worden verbeterd door chemische additieven en hulpmaterialen toe te voegen. Pulpvormen vereist niet alleen een uitstekende interne sterkte en oppervlaktesterkte, maar ook goede barrière-eigenschappen, en voldoet ook aan de verfijnde behoeften van speciale verpakkingen, zoals goed waterdicht en oliebestendig, anti-poeder en chippen, verhoogde sterkte en voortreffelijke bedrukking .
Tegen de achtergrond van de steeds feller wordende concurrentie op de wereldmarkt staan producenten van pulpvormmachines voor de uitdaging om de kosten te verlagen en de productkosten te verbeteren. Momenteel verlagen veel fabrikanten de kosten door goedkopere plantaardige vezelpulp te selecteren in plaats van dure pulp. Deze eenvoudige vervanging van grondstoffen kan echter schommelingen in de productsterkte veroorzaken en zelfs kwaliteitsrisico's met zich meebrengen. Daarom moeten fabrikanten de productformules aanpassen aan de werkelijke omstandigheden om ervoor te zorgen dat de sterkte en kwaliteit van de producten behouden blijven en tegelijkertijd de kosten onder controle houden.
Tegelijkertijd moeten pulpvormproducten, om een effectief alternatief voor plastic verpakkingen te worden, aan hogere eisen inzake barrièreprestaties voldoen. Op de toepassingsgebieden van gevormde bekers, kommen, dozen, enz. hebben veel bedrijven een verscheidenheid aan nieuwe producten en toepassingstechnologieën ontwikkeld, waaronder emulsiebarrièrecoatings, afbreekbare kunststoflamineringen, de toevoeging van fluorvrije oliebestendige middelen en de coating, spuiten of gordijncoating van oppervlaktecoatings. Hoewel de ontwikkeling van deze technologieën bemoedigend is, bestaan er nog steeds problemen van hoge kosten en onvoldoende functionaliteit.
Bovendien stelt de high-end pulpvormmarkt hogere eisen aan de sterkte en verfijning van producten. Door middel van verfijnde printtechnologie en post-press-verwerkingstechnologie kunnen pulpvormproducten een prachtig uiterlijk vertonen, ze meer verpakkingsfuncties geven en een betere gebruikerservaring.
Nanocellulose: innovatieve oplossing
Nanocellulose is een materiaal met een nanoschaalgrootte. De hoge aspectverhouding (200 tot 2000) en de rijke netwerkstructuur geven het unieke fysische en chemische eigenschappen. Dit materiaal heeft niet alleen een olie- en zuurstofbarrièrefunctie, maar heeft ook groene en afbreekbare natuurlijke eigenschappen, waardoor het een van de innovatieve oplossingen is om de sterkte, barrièrefunctie en het drukaanpassingsvermogen van pulpvormgeving te verbeteren.
Verbeter de sterkte van het pulpvormen. Voeg nanocellulose toe aan het pulp-watersysteem van pulpvormgeving en gebruik het sterke adsorptievermogen ervan om nauw te combineren met pulpvezels, en geef het filamenteuze uiterlijk met een grote aspectverhouding en netwerkstructuur volledig tot zijn recht om andere materialen fysiek te verweven en op te vangen, zoals zoals fijne vezels en chemische additieven. Door de verknopingsreactie van hydroxylgroepen worden de dichtheid en compactheid van deze verweven structuren verder verbeterd, waardoor de sterkte van het pulpvormen effectief wordt verbeterd.
Verbeter het barrière-effect en optimaliseer de verwerking van barrièrecoatings. De nanoschaalgrootte van nanocellulose maakt het mogelijk om te synergiseren met fijne vezels, plantaardige vezels en chemische additieven om het oppervlak van papier- en pulpvormgeving te modificeren, een gladdere en plattere textuur te bereiken en poriën en putjes op micronniveau te elimineren. Deze behandeling kan de dichtheid en barrière-eigenschappen van papier verbeteren, waardoor een solide materiële basis wordt gelegd voor de daaropvolgende verwerking van barrièrecoatings.
Wanneer het met nanocellulose behandelde oppervlak van het pulpvormstuk wordt behandeld met een vloeistofbarrièrecoating, wordt de penetratie van de coating in het interieur verminderd vanwege de gladheid en vlakheid van het papier- of pulpvormoppervlak. Bovendien helpt het uniforme buitenoppervlak bij het vormen van een barrièrelaag met een uniforme dikte, waardoor de consistentie en effectiviteit van de barrièrelaag wordt gewaarborgd en het optreden van lekken of penetratiepunten wordt vermeden.
Casestudy
Veel onderzoeksinstellingen en bedrijven over de hele wereld ontwikkelen actief de toepassing van nanocellulose bij het vormen van pulp, vooral in producten die op lange termijn eisen stellen aan barrière-eigenschappen en stabiliteit, zoals gevogelte-, vlees- en vispallets bij transport in de koude keten, bevroren zuivelbekers en waterflessen die lange tijd moeten worden bewaard, en potten of flessen voor cosmetica, producten voor persoonlijke verzorging en thuisverzorging, waarvoor doorgaans een lage waterdamptransmissiesnelheid (WVTR), lage zuurstoftransmissiesnelheid (OTR), olie en water nodig zijn weerstand en zuurstof- en vochtbarrière-eigenschappen.
Pulpgevormde flessen kunnen de interne sterkte van het product aanzienlijk verbeteren door nanocellulose aan de pulp toe te voegen, zelfs in een hoeveelheid van tientallen kilogrammen, terwijl het interne oppervlak van de driedimensionale container gladder en platter wordt. Deze behandelingsmethode verbetert niet alleen de algehele dichtheid en barrière-eigenschappen, maar biedt ook een betere basis voor de daaropvolgende verwerking van barrièrecoatings, waardoor de functionaliteit van het product wordt verbeterd en de kosten worden verlaagd.
Als er bijvoorbeeld een coating (samengesteld uit nanocellulose en acrylemulsie of andere soorten coatingproducten) wordt ontworpen, moet de coatingdikte 20 micron bereiken om te voldoen aan de eisen van olie- en waterbestendigheid zonder toevoeging van nanocellulose aan de pulp. Door echter tientallen kilo’s nanocellulose aan de pulp toe te voegen om de sterkte en oppervlaktemodificatie-eigenschappen te verbeteren, kan de laagdikte met hetzelfde barrière-effect worden teruggebracht tot 10 micron. Uit kostenanalyse blijkt dat de kostenstijging als gevolg van het toevoegen van nanocellulose aan de pulp 100-200 yuan/ton bedraagt, maar dat de kostenbesparingen als gevolg van de vermindering van de coatingdikte meer dan 1000-2000 yuan/ton kunnen bedragen. Daarom kan de toevoeging en het gebruik van nanocellulose een innovatieve oplossing worden om de functionaliteit van pulpvormproducten te verbeteren en tegelijkertijd de totale kosten van het product te verlagen.
Opgemerkt moet worden dat de introductie van de bovengenoemde nieuwe oplossing slechts een geval van enkele klanten is en dat de specifieke situatie nog steeds in detail moet worden geanalyseerd.
