Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Ученые разрабатывают перерабатываемую бумагу на основе пыльцы для многократной печати и «распечатки»

Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) разработали «бумагу» на основе пыльцы, которую после печати можно «стирать» и многократно использовать повторно без какого-либо повреждения бумаги.

В исследовательской статье, опубликованной в Интернете в Advanced Materials 5 апреля, ученые NTU Singapore продемонстрировали, как цветные изображения с высоким разрешением могут быть напечатаны на неаллергенной пыльцевой бумаге с помощью лазерного принтера, а затем «не напечатаны» — путем полного удаления тонера. без повреждения бумаги — щелочным раствором. Они продемонстрировали, что этот процесс можно повторить не менее восьми раз.

Эта инновационная, готовая к печати пыльцевая бумага может стать экологически чистой альтернативой обычной бумаге, которая производится с помощью многоступенчатого процесса со значительным негативным воздействием на окружающую среду, заявила команда NTU под руководством профессоров Субра Суреш и Чо Нам-Джун.

Это также может помочь сократить выбросы углерода и потребление энергии, связанные с обычной переработкой бумаги, которая включает в себя репульпацию, детонирование (удаление тонера из принтера) и реконструкцию.

Другими членами этой исследовательской группы, состоящей из сотрудников NTU, являются научный сотрудник доктор Зе Чжао, аспиранты Джинью Дэн и Хюнхёк Тэ, а также бывший аспирант Мохаммед Шахрудин Ибрагим.

Профессор Субра Суреш, президент NTU и старший автор статьи, сказал: «В ходе этого исследования мы показали, что можем печатать цветные изображения с высоким разрешением на бумаге, изготовленной из натурального растительного материала, который был сделан неаллергенным благодаря процесс, который мы недавно разработали. Мы также продемонстрировали возможность повторять это многократно, не разрушая бумагу, что делает этот материал жизнеспособной экологически чистой альтернативой обычной бумаге на основе древесины. Это новый подход к переработке бумаги, а не просто производство бумаги в более устойчивым способом, но и за счет продления срока службы бумаги, чтобы мы могли получать максимальную отдачу от каждого произведенного нами листа бумаги Концепции, установленные здесь, с дальнейшим развитием масштабируемого производства, могут быть адаптированы и расширены для производства других ‘прямая печать’изделия на бумажной основе, такие как картонные коробки и контейнеры для хранения и транспортировки».

Профессор Чо Нам-Джун, старший автор статьи, сказал: «Помимо того, что наша бумага на основе пыльцы легко перерабатывается, она также очень универсальна. В отличие от обычной бумаги на основе древесины, пыльца образуется в больших количествах и естественным образом возобновляема, что делает это потенциально привлекательное сырье с точки зрения масштабируемости, экономики и экологической устойчивости.Кроме того, путем интеграции проводящих материалов с пыльцевой бумагой мы потенциально могли бы использовать материал в мягкой электронике, зеленых датчиках и генераторах для достижения расширенных функций и свойств.»

Это нововведение дополняет серию открытий и технологических достижений, впервые предпринятых исследователями NTU из многих дисциплин, чьи передовые научные исследования воплощают приверженность NTU принципам устойчивого развития в практику, приносящую пользу промышленности и обществу, в соответствии с видением, изложенным в опубликованном Манифесте устойчивого развития университета. в 2021 году и стратегический план NTU 2025.

На основе этой инновации NTU была подана заявка на патент.

Более устойчивый способ изготовления бумаги

Обычная бумага изготавливается из целлюлозных волокон, содержащихся в древесине, а процесс изготовления бумаги включает в себя энергоемкие этапы, в том числе лесозаготовку, окорку и измельчение. Поскольку на целлюлозно-бумажную промышленность приходится от 33 до 40 процентов всей промышленной древесины, продаваемой в мире, эта форма производства бумаги усугубляет глобальную проблему обезлесения и увеличения выбросов углерода.

Пыльцевые зерна, напротив, образуются регулярно и в больших количествах как носители генетического материала при репродукции растений. Процесс изготовления бумаги на основе пыльцы похож на традиционное мыловарение, которое намного проще и менее энергозатратно.

Используя гидроксид калия , ученые сначала удалили клеточные компоненты, инкапсулированные в жестких зернах пыльцы подсолнечника, и превратили их в мягкие частицы микрогеля. На этом этапе также удаляется компонент пыльцы, вызывающий аллергию.

Затем ученые использовали деионизированную воду для удаления нежелательных частиц из полученного микрогеля пыльцы, прежде чем отлить его в форму размером 22 см x 22 см для сушки на воздухе. Это формирует лист бумаги толщиной около 0,03 мм или примерно половину толщины человеческого волоса.

Более ранние исследования, проведенные той же командой NTU, показали, что пыльцевая бумага может сгибаться и скручиваться в ответ на влажность воздуха. Чтобы «стабилизировать» бумагу и сделать ее нечувствительной к влаге, ученые погрузили ее в уксусную кислоту — активный компонент уксуса.

Распечатайте, промойте и повторите

Чтобы продемонстрировать возможность печати на бумаге из пыльцы подсолнечника, ученые NTU напечатали картину из серии «Подсолнухи» Винсента Ван Гога с помощью лазерного принтера. Они обнаружили, что бумага прошла через принтер без разрывов и повреждений.

Ни одна из частиц порошка тонера не оторвалась, когда лента была наклеена на напечатанное изображение и удалена, что позволяет предположить, что слой тонера был хорошо нанесен на поверхность цветочной бумаги.

Хотя цвета изображения, напечатанного на пыльцевой бумаге, немного отличались от того же изображения, напечатанного на обычной бумаге (частично из-за различий в последующей обработке), разрешение и четкость изображения на обоих типах бумаги были сопоставимы.

Ученые также обнаружили, что последующее погружение в воду не повреждает и не смягчает напечатанную пыльцевую бумагу — результат, необходимый для материалов, используемых для печати.

Затем команда NTU показала, что пыльцевую бумагу можно не печатать. «Отпечатывание» — это концепция, появившаяся в последние годы как экологически чистая альтернатива традиционным методам удаления тонера с использованной бумаги перед ее переработкой. Это распечатывание связано с ослаблением связи между порошком тонера и бумагой для лазерной печати.

Ученые сделали это, погрузив бумагу и осторожно протерев ее в обычном лабораторном реагенте, который является щелочным, на две минуты. Бумага для пыльцы набухала при погружении в щелочной раствор , в результате чего слой тонера механически разрушался и отрывался от бумаги.

Набухшую в процессе снятия печати бумагу затем оставляли для усадки в этаноле на пять минут и сушили на воздухе. После обработки уксусной кислотой бумага снова была готова к печати.

Этот процесс обработки пыльцевой бумаги кислотой, печати, а затем смывания отпечатанного изображения можно повторить еще восемь раз без какой-либо потери структурной целостности бумаги или качества отпечатанных изображений.

Это отличается от методов распечатывания, используемых для обычной бумаги, которые влекут за собой использование химических веществ (например, хлороформа или ацетона) для ослабления связи между тонером и бумагой или использование высокоинтенсивного света для удаления тонера с отпечатанной бумаги. Оба этих шага могут повредить физическую целостность бумаги и сделать ее непригодной для повторной печати. Кроме того, использование химикатов может представлять опасность для окружающей среды и здоровья, считают ученые.

Помимо пыльцы подсолнечника, ученые NTU обнаружили, что пыльцевые зерна камелии и лотоса также могут быть использованы для изготовления материала, подобного бумаге, похожей на бумагу из пыльцы подсолнечника. Таким образом, их работа показывает, что более одного типа пыльцы можно использовать для создания основанных на пыльце альтернатив обычной бумаге.

Это исследование основано на исследованиях пыльцы, проведенных группой в NTU за последние несколько лет. Профессора Чо и Суреш и их исследовательская группа ранее продемонстрировали, что пыльцевая бумага может изгибаться, скручиваться и даже ползать, как гусеница, в ответ на изменение уровня влажности в воздухе, что делает этот материал потенциальным кандидатом для применения в мягкой робототехнике.

Та же команда также показала, что они могут заставить пыльцевую бумагу складываться в различные трехмерные конфигурации, печатая на бумаге различные узоры.

Ученые разрабатывают перерабатываемую бумагу на основе пыльцы для многократной печати и «распечатки»

Теги: принтер

В тренде