นาโนเซลลูโลสเป็นวัสดุเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 100 นาโนเมตร และมีความยาวตั้งแต่หลายสิบนาโนเมตรไปจนถึงไมโครเมตร ซึ่งได้จากการบำบัดเส้นใยด้วยการผสมผสานทางเคมี กายภาพ ชีวภาพ หรือหลายวิธี หน่วยโมเลกุลที่เล็กที่สุดของนาโนเซลลูโลสคือกลูโคส
โครงสร้างโมเลกุลของวัสดุเส้นใยนาโนเซลลูโลสประกอบด้วยหมู่ไฮดรอกซิลจำนวนมากและมีอัตราส่วนกว้างยาว (200-2000) ดังนั้นจึงเชื่อมโยงกันทางกายภาพและมีความหนาแน่นสูง และสามารถแสดงลักษณะความแข็งแรงสูงได้
การปั้นเยื่อกระดาษ
การปั้นเยื่อกระดาษ (moulded fibre หรือ pulp moulding) เป็นเยื่อชนิดหนึ่งที่ทำจากวัตถุดิบที่เป็นเส้นใยพืช เช่น ผลิตภัณฑ์เศษกระดาษ (เช่น กระดาษ กระดาษแข็ง) เยื่อไม้ เยื่อฟาง เยื่ออ้อย เป็นต้น ซึ่งผ่านกระบวนการแปรรูป โดยการบำบัดทางเคมีหรือทางกล จากนั้นจึงแปรรูปเป็นวัสดุที่มีรูปร่างและโครงสร้างสามมิติเฉพาะโดยผ่านกระบวนการขึ้นรูปแม่พิมพ์
วัตถุดิบของผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปเยื่อกระดาษมาจากธรรมชาติ และของเสียสามารถรีไซเคิลและนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลังการใช้งาน ดังนั้นจึงสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในบรรจุภัณฑ์อาหาร (ถ้วย ชาม กล่อง ฯลฯ) บรรจุภัณฑ์ของใช้ในชีวิตประจำวัน บรรจุภัณฑ์เครื่องสำอาง และ บรรจุภัณฑ์ชิ้นส่วน การขึ้นรูปเยื่อกระดาษถือเป็นทางเลือกหนึ่งที่ยั่งยืนแทนบรรจุภัณฑ์พลาสติก ซึ่งช่วยลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและส่งเสริมการพัฒนาวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ลักษณะและข้อกำหนดของการขึ้นรูปเยื่อกระดาษ
การขึ้นรูปเยื่อกระดาษเป็นวัสดุโครงสร้างสามมิติที่ใช้เส้นใยพืชเป็นโครงสร้างพื้นฐาน และเพิ่มประสิทธิภาพด้วยการเติมสารเคมีและวัสดุเสริม การขึ้นรูปเยื่อกระดาษไม่เพียงแต่ต้องการความแข็งแรงภายในและความแข็งแรงของพื้นผิวที่ดีเยี่ยมเท่านั้น แต่ยังต้องมีคุณสมบัติกั้นที่ดีอีกด้วย เช่นเดียวกับการตอบสนองความต้องการขั้นสูงของบรรจุภัณฑ์พิเศษ เช่น กันน้ำและกันน้ำมันได้ดี ป้องกันผงและบิ่น เพิ่มความแข็งแรง และการพิมพ์ที่สวยงาม .
ท่ามกลางการแข่งขันที่รุนแรงมากขึ้นในตลาดโลก ผู้ผลิตแม่พิมพ์เยื่อกระดาษต้องเผชิญกับความท้าทายในการลดต้นทุนและปรับปรุงประสิทธิภาพต้นทุนผลิตภัณฑ์ ปัจจุบันผู้ผลิตหลายรายลดต้นทุนโดยเลือกใช้เยื่อกระดาษจากพืชที่มีต้นทุนต่ำแทนเยื่อที่มีราคาสูง อย่างไรก็ตาม การทดแทนวัตถุดิบอย่างง่ายนี้อาจทำให้เกิดความผันผวนในประสิทธิภาพด้านความแข็งแกร่งของผลิตภัณฑ์ และอาจนำมาซึ่งความเสี่ยงด้านคุณภาพด้วย ดังนั้นผู้ผลิตจึงต้องปรับสูตรผลิตภัณฑ์ให้อยู่ในสภาพจริงเพื่อรักษาความแข็งแกร่งและคุณภาพของผลิตภัณฑ์พร้อมทั้งควบคุมต้นทุนไปด้วย
ในเวลาเดียวกัน เพื่อเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพแทนบรรจุภัณฑ์พลาสติก ผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปเยื่อกระดาษต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพอุปสรรคที่สูงขึ้น ในด้านการใช้งานของถ้วย ชาม กล่อง ฯลฯ ขึ้นรูป บริษัทหลายแห่งได้พัฒนาผลิตภัณฑ์และเทคโนโลยีการใช้งานใหม่ๆ ที่หลากหลาย รวมถึงการเคลือบอิมัลชันกั้น การเคลือบพลาสติกที่ย่อยสลายได้ การเติมสารกันน้ำมันที่ปราศจากฟลูออรีน และ การเคลือบ การพ่น หรือการเคลือบม่านของสารเคลือบพื้นผิว แม้ว่าการพัฒนาเทคโนโลยีเหล่านี้จะให้กำลังใจ แต่ปัญหาเรื่องต้นทุนที่สูงและฟังก์ชันการทำงานที่ไม่เพียงพอยังคงมีอยู่
นอกจากนี้ ตลาดการขึ้นรูปเยื่อกระดาษระดับไฮเอนด์ยังมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นในด้านความแข็งแกร่งและความประณีตของผลิตภัณฑ์ ด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ที่ประณีตและเทคโนโลยีการประมวลผลหลังการอัด ผลิตภัณฑ์การขึ้นรูปเยื่อกระดาษสามารถแสดงรูปลักษณ์ที่สวยงาม เพิ่มฟังก์ชันการบรรจุได้มากขึ้น และประสบการณ์การใช้งานที่ดีขึ้น
นาโนเซลลูโลส: โซลูชั่นที่เป็นนวัตกรรม
นาโนเซลลูโลสเป็นวัสดุที่มีขนาดนาโน อัตราส่วนภาพที่สูง (200 ถึง 2000) และโครงสร้างเครือข่ายที่หลากหลาย ทำให้มีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ วัสดุนี้ไม่เพียงแต่มีฟังก์ชันกั้นน้ำมันและออกซิเจนเท่านั้น แต่ยังมีลักษณะทางธรรมชาติที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและย่อยสลายได้ ทำให้เป็นหนึ่งในโซลูชั่นที่เป็นนวัตกรรมใหม่ในการปรับปรุงความแข็งแรง ฟังก์ชั่นกั้น และการปรับตัวในการพิมพ์ของการขึ้นรูปเยื่อกระดาษ
ปรับปรุงความแข็งแรงของการปั้นเยื่อกระดาษ เพิ่มนาโนเซลลูโลสลงในระบบน้ำและเยื่อกระดาษของการขึ้นรูปเยื่อกระดาษ และใช้ความสามารถในการดูดซับที่แข็งแกร่งเพื่อรวมตัวกับเส้นใยเยื่อกระดาษอย่างใกล้ชิด และให้รูปลักษณ์ที่เป็นเส้นใยเต็มรูปแบบด้วยอัตราส่วนกว้างยาวและโครงสร้างที่เชื่อมโยงกันเพื่อผสมผสานทางกายภาพและดักจับวัสดุอื่นๆ เช่น เป็นเส้นใยละเอียดและสารเคมีเจือปน ด้วยปฏิกิริยาการเชื่อมโยงข้ามของกลุ่มไฮดรอกซิล ความหนาแน่นและความกะทัดรัดของโครงสร้างที่ถักทอเหล่านี้ได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแข็งแรงของการขึ้นรูปเยื่อกระดาษได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ปรับปรุงผลกระทบของสิ่งกีดขวางและเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลการเคลือบสิ่งกีดขวาง นาโนเซลลูโลสขนาดนาโนทำให้สามารถประสานกับเส้นใยละเอียด เส้นใยพืช และสารเติมแต่งทางเคมี เพื่อปรับเปลี่ยนพื้นผิวของการขึ้นรูปกระดาษและเยื่อกระดาษ ให้ได้เนื้อสัมผัสที่เรียบเนียนและเรียบขึ้น และกำจัดรูพรุนและรูพรุนระดับไมครอน การบำบัดนี้สามารถเพิ่มความหนาแน่นและคุณสมบัติการกั้นของกระดาษได้ โดยเป็นรากฐานของวัสดุที่มั่นคงสำหรับการประมวลผลการเคลือบกั้นในภายหลัง
เมื่อพื้นผิวของการขึ้นรูปเยื่อกระดาษที่บำบัดด้วยนาโนเซลลูโลสถูกประมวลผลด้วยการเคลือบกั้นของเหลว การแทรกซึมของสารเคลือบเข้าไปในด้านในจะลดลงเนื่องจากความเรียบและความเรียบของกระดาษหรือพื้นผิวการขึ้นรูปเยื่อกระดาษ นอกจากนี้ พื้นผิวด้านนอกที่สม่ำเสมอยังช่วยสร้างชั้นกั้นที่มีความหนาสม่ำเสมอ ทำให้มั่นใจในความสม่ำเสมอและประสิทธิผลของชั้นกั้น และหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดการรั่วไหลหรือจุดทะลุทะลวง
กรณีศึกษา
สถาบันวิจัยและบริษัทหลายแห่งทั่วโลกกำลังพัฒนาการประยุกต์ใช้นาโนเซลลูโลสในการขึ้นรูปเยื่อกระดาษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในผลิตภัณฑ์ที่มีข้อกำหนดระยะยาวสำหรับคุณสมบัติและความเสถียรของอุปสรรค เช่น พาเลทสัตว์ปีก เนื้อสัตว์ และปลาในการขนส่งแบบโซ่เย็น ถ้วยนมแช่แข็ง และขวดน้ำที่ต้องเก็บไว้เป็นเวลานาน และขวดโหลหรือขวดสำหรับเครื่องสำอาง ของใช้ส่วนตัว และผลิตภัณฑ์ดูแลบ้าน ซึ่งปกติต้องใช้อัตราการส่งผ่านไอน้ำต่ำ (WVTR) อัตราการส่งผ่านออกซิเจนต่ำ (OTR) น้ำมันและน้ำ ความต้านทานและคุณสมบัติในการกั้นออกซิเจนและความชื้น
ขวดที่ขึ้นรูปจากเยื่อกระดาษสามารถปรับปรุงความแข็งแรงภายในของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมาก โดยการเติมนาโนเซลลูโลสลงในเยื่อกระดาษ แม้จะมีน้ำหนักหลายสิบกิโลกรัม ขณะเดียวกันก็ทำให้พื้นผิวภายในของภาชนะสามมิติเรียบเนียนและเรียบขึ้น วิธีการรักษานี้ไม่เพียงแต่ปรับปรุงความหนาแน่นโดยรวมและคุณสมบัติการกั้น แต่ยังเป็นรากฐานที่ดีกว่าสำหรับการประมวลผลการเคลือบกั้นในภายหลัง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการทำงานของผลิตภัณฑ์ในขณะที่ลดต้นทุน
ตัวอย่างเช่น หากมีการออกแบบการเคลือบ (ประกอบด้วยนาโนเซลลูโลสและอะคริลิกอิมัลชันหรือผลิตภัณฑ์เคลือบประเภทอื่นๆ) ความหนาของการเคลือบจะต้องสูงถึง 20 ไมครอนเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านการต้านทานน้ำมันและน้ำโดยไม่ต้องเติมนาโนเซลลูโลสลงในเยื่อกระดาษ อย่างไรก็ตาม ด้วยการเติมนาโนเซลลูโลสหลายสิบกิโลกรัมลงในเยื่อกระดาษเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและคุณสมบัติการปรับเปลี่ยนพื้นผิว ความหนาของชั้นเคลือบที่มีเอฟเฟกต์กั้นเดียวกันจะลดลงเหลือ 10 ไมครอน การวิเคราะห์ต้นทุนแสดงให้เห็นว่าต้นทุนที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากการเติมนาโนเซลลูโลสลงในเยื่อกระดาษคือ 100-200 หยวน/ตัน แต่การประหยัดต้นทุนที่เกิดจากการลดความหนาของชั้นเคลือบอาจเกิน 1000-2000 หยวน/ตัน ดังนั้นการเพิ่มและการใช้นาโนเซลลูโลสอาจกลายเป็นโซลูชั่นที่เป็นนวัตกรรมในการปรับปรุงการทำงานของผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปเยื่อกระดาษในขณะที่ลดต้นทุนโดยรวมของผลิตภัณฑ์
ควรสังเกตว่าการแนะนำโซลูชันใหม่ข้างต้นเป็นเพียงกรณีของลูกค้าบางรายเท่านั้น และยังต้องมีการวิเคราะห์สถานการณ์เฉพาะโดยละเอียด
