Nhóm nghiên cứu khoa học của Viện nghiên cứu Fraunhofer của Đức mới đây đã công bố rằng họ đang phát triển một quy trình mới có tên Papure, sử dụng tia laser để "biến" chính tờ giấy thành chất kết dính tự nhiên, từ đó dán kín bao bì giấy mà không cần thêm keo hay vật liệu nhựa. Nó được kỳ vọng sẽ cải thiện đáng kể khả năng tái chế của bao bì giấy và chất lượng của giấy tái chế.

Mặc dù bao bì giấy hiện được coi là vật liệu thân thiện với môi trường hơn nhựa, nhưng trong các ứng dụng thực tế, thường cần thêm keo hoặc lớp phủ để đạt được độ kín hoặc gia cố. Các chất phụ gia này sẽ gây ô nhiễm trong quá trình tái chế và làm giảm chất lượng cũng như hiệu quả sử dụng của giấy tái chế. Dự án Papure được bốn viện Fraunhofer cùng thực hiện, cung cấp hỗ trợ chuyên môn trong các lĩnh vực vật liệu polymer, kỹ thuật và đóng gói cũng như công nghệ laser. Mục tiêu là sử dụng quy trình hàn kín bằng laser mới để giải quyết các vấn đề về môi trường và quy trình do việc dán keo truyền thống gây ra.

Trong quy trình mới này, bước đầu tiên là tiến hành phân tích chi tiết về thành phần hóa học và hình thái cấu trúc của các loại giấy khác nhau. Nhóm nghiên cứu sử dụng kính hiển vi điện tử quét, quang phổ quang điện tử tia X và các phương pháp khác để đánh giá xem giấy có thể bịt kín mà không cần thêm chất bổ sung hay không. Hàm lượng và sự phân bố của hemicellulose, cellulose, lignin, talc, canxi cacbonat và các chất độn khác trong giấy sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và độ tin cậy của lớp bịt cuối cùng. Vì vậy, cần thiết lập các thông số, tiêu chuẩn đánh giá tương ứng cho từng loại giấy khác nhau.

Khi một chất liệu giấy nhất định được xác nhận là phù hợp, quy trình dán kín sẽ sử dụng tia laser carbon monoxide để chiếu xạ bề mặt giấy trong điều kiện được kiểm soát chính xác, khiến giấy nóng lên nhanh chóng trong thời gian rất ngắn. Trong quá trình này, lignin, hemicellulose và cellulose trong giấy sẽ bị “bẻ khóa” thành các hợp chất chuỗi ngắn hơn. Những "sản phẩm nhiệt phân có thể tan chảy" này còn sót lại trên giấy sau đó thể hiện các đặc tính tương tự như chất kết dính tự nhiên và có thể tạo thành một lớp bịt kín sau khi tác dụng nhiệt và áp suất. Các nhà nghiên cứu đang tiếp tục tối ưu hóa các thông số chính như công suất laser, đường quét và thiết kế hàn kín cạnh để đạt được sự cân bằng giữa cường độ hàn kín và hiệu quả sản xuất.

Trong giai đoạn thử nghiệm hiện tại, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng một con dấu chỉ rộng khoảng 3 mm và dài 2 cm là đủ để chịu được trọng lượng khoảng 44 pound (khoảng 20 kg), cho thấy độ bền cơ học cao và triển vọng ứng dụng. Để xác minh tính khả thi và khả năng mở rộng của công nghệ, các nhà nghiên cứu đã xây dựng một “đơn vị sản xuất và xử lý giấy mô-đun cấp phòng thí nghiệm” có thể sản xuất cấu trúc túi giấy niêm phong bốn mặt phổ biến hiện có trên thị trường. Kiểu cấu trúc này đã được một số công ty, bao gồm cả Lego, sử dụng để thay thế bao bì nhựa truyền thống.

Ngoài cơ chế niêm phong, dự án Papure còn đang thúc đẩy công việc kỹ thuật của thiết bị sản xuất, bao gồm hợp lý hóa kích thước của mô-đun niêm phong và laser, giới thiệu hệ thống phát hiện trực tuyến, giám sát thời gian thực về chất lượng niêm phong và tự động điều chỉnh các thông số quy trình để đảm bảo độ bền niêm phong ổn định và đạt tiêu chuẩn. Theo kế hoạch, đến tháng 9 năm 2026, thiết bị sản xuất thử nghiệm này dự kiến ​​sẽ đạt được chu kỳ sản xuất khoảng 10 gói/phút, tạo nền tảng cho việc mở rộng quy mô công nghiệp và triển khai thương mại sau này.

Nhóm nghiên cứu tin rằng nếu quy trình Papure có thể được áp dụng thành công trên quy mô lớn, nó sẽ giúp bao bì giấy loại bỏ hơn nữa sự can thiệp của các lớp keo và nhựa trên hệ thống tái chế, giúp bao bì dễ tái chế hơn mà vẫn duy trì độ bền và chức năng. Nó cũng có thể cung cấp cho các công ty liên quan những lựa chọn kỹ thuật mới trong bối cảnh các quy định về môi trường ngày càng nghiêm ngặt. Về lâu dài, ý tưởng niêm phong dựa trên "sự kích hoạt bằng laser" của chính vật liệu này cũng dự kiến ​​sẽ được mở rộng sang các vật liệu làm từ sợi hoặc vật liệu tổng hợp khác, mở ra những con đường mới cho bao bì xanh và sản xuất bền vững.