یک روش پايدار (sustainable) پیشنهاد شده توسط شرکت فرانسوي BT3 Technologies اسیدهای چرب را روی کاغذ رسوب می‌دهد تا خواص بازدارندگی ممتازی در برابر رطوبت و اکسیژن ایجاد کند.
در فناوری معروف به کروماتوگرافت که توسط شرکت BT3 Technologies ابداع شده از حرکت آرام مرغابی‌ها و غازها روی آب بدون آن که در آن فرو روند الهام گرفته شده و با استفاده از “شیمی سبز”، خواص بازدارندگی به زیرلایه‌های کاغذی داده می‌شود. شاید شما هیچ وقت توجه نکرده باشید که راز دفع شدن آب توسط پرندگان آبزی در وجود موم‌های هیدروفوبیک (آبگریز) به شکل استرها بین الکل‌های بلندزنجیره و اسیدهای چرب بلندزنجیره نهفته است. اکنون این شرکت نوپا با توسعه و تجاری شدن محصولات و فرآیندهای شیمی سبز که به موادی با خواص منحصر به فرد اختصاص دارد در انتظار توسعه فناوری‌اش است. این خواص عبارتند از:
• دفع آب
• دفع گریس (چربي)
• خواص ممانعت‌کنندگی در برابر گاز
• باقی ماندن به صورت قابل بازیافت و تخریب‌پذیر
بازارهای هدف اصلی این شرکت، کاغذها، ظروف موجدار، منسوجات و بسته‌بندی غذا می‌باشند. آن چه چندین سال قبل توجه محققان شرکت مذکور را به خود جلب کرد، نیاز مبرم به توسعه راه‌حل‌های تکنولوژیکی جدیدی بود که ضمن تولید کاغذها و مقواها با خواص بازدارندگی مطلوب، به ویژگی‌های قابل دوام آنها آسیب نرسانند. به این منظور، تیم BT3 مدتی پیرامون قابلیت پیوندزنی مولکولی به منظور دستیابی به خواص بهتر بازدارندگی با استفاده از زیرلایه‌های سلولزی تحقیق کرد. در سال 2010 گروه Cleantech با 6 نفر کارمند و با سابقه 15 سال در بخش تحقیق و توسعه توسط شرکت CNRS-CERMAV و 5 سال شراکت با مرکز فنی خمیر و کاغذ فرانسه (Centre du Papier Technique) تاسیس شد. شرکت BT3 با هدف توسعه و فروش محصولات و فرآیندهای “شیمی سبز” مختص مواد سلولزی دایر شد.
به‌روز‌رسانی در سمپوزیوم TAPPI
نتيجه کار آن گروه در چکیده یک مقاله فنی خلاصه شده و در سپتامبر سال پیش توسط شرکت BT3 در دوازدهمین سمپوزیوم “مبانی پوشش‌های پیشرفته” انجمن فنی صنعت خمیر و کاغذ (TAPPI) ارائه شد. این چکیده دربردارنده مرور مناسبی از توسعه فعالیت آن گروه است: محصولات بر پایه سلولز از قبیل کاغذها و مقواها به طور استثنایی چندمنظوره بوده و به ویژه از نظر قابلیت دوام مواد جذابی هستند. با این وجود، قابلیت کاربرد این مواد در مقایسه با فیلم‌های پلاستیکی که رقیبشان محسوب می‌شوند به سبب عدم مقاومت از نوع بازدارندگی در برابر آب، چربي و گازها محدود است. بنابر این باید ساختارهای چندلایه کامپوزیتی تولید و توسعه داده شوند که مسلما اثر مخربی بر قابلیت دوام (sustainability) خواهند داشت.
طبق بررسی‌های انجام گرفته دیده شده که کروماتوگرافت (یا کروماتوژنی) می‌تواند بخشی از راه حل این مشکل باشد. این فناوری شامل پیوندزنی مولکولی اسیدهای چرب طبیعی روی گروههای بیرونی OH از الیاف سلولزی است. اثر آبگریزی حاصله خواص عالی بازدارندگی به آب مایع داده و کاملا با قابلیت دوام کاغذ سازگار است.
ما در ابتدا نشان می‌دهیم که می‌توان قابلیت استفاده از کروماتوگرافت را با استفاده از پوشش قبلی لایه‌های الکل پلی‌وینیل (PVOH یا PVA) به بازدارندگی در برابر چربي و گازها توسعه داد. سپس نشان می‌دهیم که می‌توان خواص بازدارندگی لایه‌های کروماتوگرافته شده PVOH را از طریق افزودن ذرات پوشش داده شده با PVOH ارتقا داد. این ذرات، ذرات هوشمند کروماتوژنی واکنشی نامیده می‌شوند. این بدان معناست که با کمک فناوری اصلی شرکت، می‌توان با استفاده از یک پیش‌فرآیند یعنی واکنش زیرلایه‌ها با PVOH، زیرلایه‌های کاغذی مقاوم به آب تولید كرده و خواص بازدارندگی به محصولات نهایی داد.
علاوه بر این، استفاده از ذرات مخصوص پوشش داده شده با PVOH منجر به تولید بازدارنده‌های بهتری خواهد شد. شرکت BT3 مواد بازدارنده را در سه سطح و با ترتیب اولویتی زیر توليد مي‌كند که از لحاظ خواص بازدارندگی، سطح 3 از 2 و سطح 2 از 1 بالاتر است.
1- کروماتوگرافت اسیدهای چرب با استفاده از کاغذ معمولی، مقاومت در برابر آب به آن می‌دهد.
2- کروماتوگرافت اسیدهای چرب با استفاده از کاغذ PVOH بازدارندگی در برابر چربي و گاز فراهم می‌کند.
3- کروماتوگرافت اسیدهای چرب با استفاده از کاغذ PVOH با نانو/میکروذرات هوشمند کروماتوگرافت واکنشی از قبیل خاک رس، تالک یا کلسیم کربنات، بازدارندگی مطلوبی فراهم می‌کند.
فرآیند سریع در فشار محیط
اصل بنیادی کل فرآیند، کنترل فشار بخار است که امکان رسوب‌دهی بسیار سریع یک لایه فوق‌العاده نازک از مولکول‌های با منشا گیاهی (اسیدهای چرب) را روی سطح کاغذ فراهم کرده و یک واکنش منتج به تهیه کاغذ آبگریز را به راه می‌اندازد. سیستم فرآورش پیش‌نمونه شرکت BT3 در مرکز CTP به منظور واکنش دادن یک کاغذ به وزن 30 تا 400 گرم بر متر مربع و قطر رول کاغذ برابر 12000 ميلي‌متر، از پهنای وب تا حداکثر 240 ميلي‌متر و تا سرعت 400 متر بر دقيقه استفاده می‌کند.
واکنش در فشار محیط و دمای 120 تا 180 درجه سانتي‌گراد طی مدت یک ثانیه اتفاق می‌افتد. Olivier Muquet مدیر بازاریابی و فروش شرکت BT3 Technologies در مورد مقایسه این فرآیند با چاپ می‌گوید: این فرآیند اساسا مشابه یک فرآیند چاپ است،
به این صورت که ما اسیدهای کلرید چرب را در حالت مایع روی کاغذ قرار می‌دهیم. سپس دما را افزایش می‌دهیم تا آن را به حالت گازی درآوریم. این کار موجب محافظت تمامی سطح کاغذ در برابر آب می‌شود زیرا پیوند شیمیایی مستقیم بین هیدروکسیل‌های سطحی و اسیدهای چرب ایجاد خواهد شد.
او ادامه می‌دهد: پیوند در سه بعد و جایی بین داخل و روی زیرلایه کاغذی اتفاق می‌افتد. Muquet پیش‌بینی می‌کند که بکارگیری این فناوری، افزایش کارآیی مواد سلولزی و کاهش مقدار مواد (الیاف) مورد استفاده را به همراه داشته باشد، او می‌گوید: فناوری ما از مقواها در برابر آب و رطوبت محافظت کرده و به کاهش ضخامت آنها می‌انجامد. این فناوری هم به صورت رول به رول و هم بر روی اشیای سه بعدی از قبیل (خمیرهای) قالب‌گیری شده قابل استفاده بوده و بسیار آینده‌دار به نظر می‌رسد.
مواد کروماتوگرافت شده قابل دوام می‌توانند به تعدیل روند رو به رشد وضع مالیات بر کربن و مالیات‌های مربوطه در زمینه محیط زیست کمک کنند. این مالیات‌ها برای مواد مختلطی وضع می‌شوند که بازیافت آنها دشوار بوده یا زیست‌تخریب‌پذیر نيستند. البته او بر این نکته واقف است که یکی از چالش‌های پیش روی آنها برطرف کردن (نابود کردن) لایه‌های PVOH بدون ایجاد سوراخ‌های ریز در کاربردهای مستلزم بازدارندگی بالاست. شرکت مذکور یک استراتژی کلی از لحاظ جغرافیایی دارد.
او در این باره می‌گوید: بازارهای هدف اولویت ما اروپا و ایالات متحده آمریکا و در وهله بعد گسترش جهانی این فناوری است. ما به دنبال شرکای صنعتی محلی برای تمامی بازارهای مذکور هستیم.
ما فعلا به منظور تسریع رشد در فرآیند سرمایه‌افزایی بوده و آماده بررسی فرصت‌های سرمایه‌گذاری خطرپذیر در آمریکا هستیم. آقای Muquet به نشریه Packaging Digest می‌گوید: شرکت ما در حال حاضر در بيست طرح توسعه‌ای با شرکای صنعتی در زمینه‌های مختلف از جمله بسته‌بندی با مقوای موجدار (كارتن) مشغول به کار است.
کروماتوگرافت: تلفیق دو تکنیک
طبق تعریف سایت ویکی‌پدیا کروماتوگرافی یک عبارت جامع است که به مجموعه‌ای از تکنیک‌های آزمایشگاهی برای جداسازی مخلوط‌ها اطلاق می‌شود. مخلوطی که در یک سیال حل می‌شود، فاز متحرک نامیده شده و آن مخلوط را از ساختار دیگری که نگهدارنده ماده دیگر یعنی فاز ساکن است، عبور می‌دهد.
اجزای مختلف مخلوط با سرعت‌های مختلف حرکت می‌کنند و همین موجب جداسازی آنها می‌شود. جدایش مبتنی بر توزیع افتراقی فازهای متحرک و ساکن است. اختلاف ناچیز ضریب توزیع یک ترکیب منجر به باقی ماندن مقدار متفاوتی از فاز متحرک روی فاز ساکن و در نتیجه جداسازی می‌شود.
یک منبع دیگر کروماتوگرافی را به طور خلاصه این‌گونه تعریف می‌کند: یک روش جداسازی اجزای یک ماده به قصد آنالیز. پیوندزنی (Grafting) یک تکنیک باغبانی است که به واسطه آن بافت‌های یک گیاه در بافت‌های گیاهی دیگر قرار داده می‌شوند، به این قصد که بافت‌های آوندی آنها به هم بپیوندند. در فناوری تلفیقی شرکت BT3 یعنی کروماتوگرافت،
این دو روش با استفاده از حرارت و فشار بخار به منظور پیوندزدن اسیدهای چرب (که منبع زیستی دارند) بر روی زیرلایه‌های کاغذی به کار می‌روند تا خواص بازدارندگی مطلوب حاصل شوند. شرکت مذکور ادعا کرده که این روش عاری از حلال، بر خاصیت بازیافت‌پذیری و زیست‌تخریب‌پذیری ماده جدید تاثیری نخواهد داشت.
