雖然紙張比塑膠更環保,但其常被膠水等添加劑污染,影響回收品質。現在,德國四個弗勞恩霍夫研究院的研究人員開發出一種替代製程,能夠使用二氧化碳雷射封合紙包裝,無需膠水或塑膠。
這個名為 Papure 的新系統,結合了各個弗勞恩霍夫研究院的專業知識,包括高分子研究、工程與包裝,以及雷射束技術。新封合製程的第一步是利用掃描式電子顯微鏡和 X 光光電子能譜儀等技術,分析各種紙張的化學成分和形態,以確定它們是否能無需添加劑即可封合。紙張中半纖維素、纖維素、木質素、滑石粉和碳酸鈣等成分的含量,都會影響最終包裝封口的強度。
一旦紙張類型被確認可行,就會在受控製程中以二氧化碳雷射照射,快速加熱其表面,將木質素、半纖維素和纖維素轉化為短鏈化合物。研究人員稱之為「可熔斷裂產物」的物質會殘留在紙張表面,並在施加熱量和壓力時發揮天然膠水的作用,形成緊密的封口。研究人員仍在微調 Papure 專案的各種參數,包括雷射強度和紙張接縫設計,以最大化結合強度。但在目前的測試中,他們發現一個寬 3 毫米、長 2 公分的封口,足以支撐 44 磅的重量。
研究人員已經建造了一個「實驗室規模的模組化紙張加工製造單元」,能夠生產出類似樂高等公司目前常用的扁平四邊形紙袋設計。他們也正致力於簡化和縮小雷射及封合模組的設計,並整合測量系統,以評估封口的品質,並自動調整各種設定,確保達到特定的結合強度目標。他們的目標是在九月底前,讓試驗機台達到每分鐘生產十個包裝的產量。