Zelena-Slovenija-logo

Portal za trajnostni razvoj

Kontakt:

Kontaktirajte nas na e-naslov info@zelenaslovenija.si ali pokličite na 03 42 66 700.

Poiskali bomo ustrezno rešitev za vas.

Z uporabo nanoceluloznih materialov do boljše potiskljivosti papirja - EOL 127

Papirnice, znanost in okolje |
 
Kako izboljšati tisk vrednostnih in verifikacijskih dokumentov s personaliziranimi podatki v kapljičnem tisku, če konkurenca že ima takšne papirje? To so se vprašali v papirnici Radeče papir Nova, se povezali s Kemijskim inštitutom in raziskali, kako izboljšati površino surovega papirja s takšnim premazom, ki bo omogočil najboljši tisk. Za raziskavo je Sabina Medvešek prejela nagrado združenja papirne in papirno predelovalne industrije pri GZS. Z Nagrado za najboljše zaključno delo s področja papirništva in sorodnih ved želijo spodbuditi raziskovalno delo mladih. Naslov magistrske naloge Sabine Medvešek: Vpliv nanokristalinične celuloze na potiskljivost papirja. Raziskava je izvirna, saj preučuje uporabo nanoceluloznih materialov v papirništvu.
 
Sabina Medvešek
Sabina Medvešek

Zakaj pri tisku vrednostnih in verifikacijskih dokumentov s personaliziranimi podatki in fotografijami kot tiskarska barva niso ustrezna nizkoviskozna črnila na vodni osnovi?

Papirji, ki jih omenjate, morajo izkazovati dobre površinske in mehanske lastnosti, ki so osnova za kakovosten tisk. V okviru magistrskega dela smo te lastnosti raziskovali, da bi zagotovili kakovostnejši kapljični tisk personaliziranih podatkov. Pri tisku personaliziranih osebnih podatkov in fotografij na vrednostnih dokumentih igrajo natančnost, finost in visoka ločljivost tiska pomembno vlogo. Pogosto se takšne vrste tiskovin tiskajo s tehniko digitalnega kapljičnega tiska (ang. Ink-jet), pri katerem se uporablja tiskarska barva v obliki nizkoviskoznega črnila na vodni osnovi. Zaradi premajhne razlike površinske energije med papirjem in črnilom pride velikokrat do nekontroliranega razlivanja posameznih kapljic črnila in tako do nekvalitetnega odtisa.

Kaj je bil cilj vašega raziskovalnega projekta in zakaj ste se povezali s Kemijskim inštitutom?

Premazovanje surovega vrednostnega papirja izboljša mehanske in prav tako površinske lastnosti. S premazovanjem papirja ustvarimo dobre pogoje za tisk s konvencionalnimi in digitalnimi tehnikami tiska. V tej raziskavi smo želeli preveriti, ali lahko z dodatkom deleža NCC v osnovni škrobni in premazom PVA vplivamo na spremembo mehanskih in površinskih lastnosti ter tako neposredno na tisk. Danes v svetu poznajo več različnih postopkov pridelave nanokristalinične celuloze (NCC). Uporabljata se predvsem dva: s hidrolizo z žveplovo (VI) kislino, kjer uporabljajo kislino v koncentraciji 60 % in več, in z mehanskim mletjem. Postopki so energetsko zahtevni, zaradi uporabe žveplove kisline pa neprijazni za okolje. Tako je tudi cena NCC izjemno visoka. Na Kemijskem inštitutu v Ljubljani so na osnovi izkušenj in spoznanj pri raziskavah, povezanih z utekočinjanjem lesa oziroma biomase, ki potekajo že več kot deset let, razvili nov postopek pridobivanja NCC, ki je hitrejši in cenejši.

Za pripravo NCC v tej obliki so potrebni reaktorji in tehnologija, ki je papirnice navadno nimajo. Za laboratorijske poizkuse se raziskovalci najpogosteje povežejo z raznimi raziskovalnimi inštituti. Mi smo se zaradi izkušenj pridobivanja NCC povezali z izr. prof. dr. Matjažem Kunaverjem, ki že več deset let opravlja raziskave na tem področju.

Katera premazna mešanica se je izkazala kot najboljša, zakaj in katere materiale ste uporabili?

Za potrebe raziskave smo uporabili dva papirja – 100 % celulozni in 50/50 % mešanico bombažno-celuloznega papirja. V pripravljen škrobni in premazom PVA smo dodali 3 in 5 % koncentracije NCC ter obojestransko premazali vzorce papirjev. Raziskava je pokazala, da se lastnosti nepremazanih in premazanih papirjev med seboj razlikujejo. Na razlike je vplivala vrsta premaza pa tudi dodatki različnih koncentracij NCC. Dodatek kakršnegakoli premaza nekoliko izboljša mehanske lastnosti izbranih vzorcev papirja. Te lastnosti, kot tudi potiskljivost, se z dodatkom NCC še izboljšajo. Najboljše se je izkazala škrobna premazna mešanica z dodano 3% koncentracijo NCC. Stroškovno, ekološko in procesno je ta rezultat najoptimalnejši za nadaljni razvoj.

Zakaj so premazi, ki ste jih pridobili z dodatkom nanokristalinične celuloze, ekološko neoporečni in biorazgradljivi?

NCC je kristalinični del celuloznih vlaken in ima izjemne mehanske lastnosti. Je lažja, a močnejša od jekla, izdelana iz obnovljivih virov in je biorazgradljiva. Z uporabo NCC v premaznih sredstvih papirja je možno doseči enakomernejšo in bolj gladko površino, s tem pa direktno vplivati na izboljšanje mehanskih lastnosti papirja in obenem kakovosti odtisa. Glede na to, kakšno topilo uporabimo pri spiranju, je končni produkt suspenzija NCC v topilu ali pa v vodi. Uporabimo lahko vsako naravno snov, ki vsebuje celulozo. To so predvsem lignocelulozni materiali, kot je les, lesno žaganje, papir, odpadni papir, slama, seno, rastlinska vlakna, bombažna vlakna ali ostanki sladkornega trsa. Najboljši so bombaž, papir ali očiščena celulozna vlakna, kot so mikrokristalična celulozna vlakna zaradi visoke vsebnosti celuloze.

Ali bodo vaši rezultati osnova, da se nov postopek uvede v proizvodni proces?

Dodana NCC poveže vlakna papirja v trdnejšo strukturo, jih dodatno zamreži ter hkrati omogoči bolj hidrofilno površino, ki je primernejša za absorpcijo črnila na vodni osnovi. Ker kapljični tisk zahteva manjšo klejenost papirja in s tem večjo poroznost, bi lahko na podlagi rezultatov zaključili, da je najprimernejši škrobni premaz z dodatkom 3 % NCC. Iz analize površine premazanih papirjev je namreč mogoče zaključiti, da je struktura površine papirja najbolj zaprta v primerih, ko je bil premazoma dodan 5 % dodatek NCC.

Kako boste nadaljevali?

Raziskavo bomo omejili na bombažno-celulozni papir in preučili vpliv znižanja deleža dodatka NCC iz obsega 3 % do 1,5 %, saj je raziskava pokazala, da je manjša koncentracija optimalnejša. Preučili bomo še vpliv dodatka večje količine belilnega sredstva, da papir ne bi porumenel, s čimer bi dosegli boljšo belino, in nato ponovno preučili mehanske in površinske lastnosti novo premazanih vzorcev bombažno-celuloznega papirja. In še več raziskav bo.

Kaj ta novost predstavlja za podjetje na trgu v primeri s konkurenco in kakšna je konkurenca pri proizvodnji vrednostnega papirja?

V Sloveniji je 7 papirnic, ki se ukvarjajo z izdelavo papirja, vendar se samo Radeče papir Nova, d.o.o. ukvarja z izdelavo vrednostnega papirja. V Sloveniji ni tovrstne konkurence, je pa konkurenca v Evropi velika in vsak razvoj ter izboljšava pomenita korak pred konkurenco. Izboljšanje potiskljivosti bi v delu produktnega programa podjetja na področju personalizacije dokumentov pomenila približevanje konkurenci, ki na trgu že ima papirje, oplemenitene za personalizacijo podatkov v kapljičnem tisku. Ti papirji se morajo dobro odražati tudi v mehanskih lastnostih zaradi vedno bolj zahtevnih specifikacij vrednostnih dokumentov. Z raziskavami moramo nadaljevati, če hočemo biti konkurenčni.

Kakšno delo boste opravljali v podjetju Radeče papir Nova?

Podjetju Radeče papir Nova, d.o.o. sem se pridružila leta 2014 po opravljeni diplomi na ljubljanski Naravoslovno-tehniški fakulteti v oddelku grafike. Ukvarjala sem se predvsem s tiskom in pripravo za tisk različnih komercialnih tiskovin. Med delom in nadaljevanjem študija na podiplomskem programu grafike na NTF sem pričela povezovati pogoje tiska v odvisnosti od izdelave papirjev in se nato tudi priključila razvojno raziskovalni ekipi v podjetju. Sedaj opravljam delo tehnologa v oddelku vrednostnih papirjev in se ukvarjam večinoma z analizo in planiranjem stroškov izdelave omenjenih papirjev.