Контейнеры для еды на вынос доставляют любимую еду из ресторана на обеденный стол (или диван) без происшествий, но их практически невозможно переработать, если они сделаны из пластика с фольгированным покрытием. Исследование, опубликованное в ACS Omega, предполагает, что замена пластикового слоя на бумагу может создать более устойчивый упаковочный материал. Исследователи использовали механические демонстрации и компьютерное моделирование, чтобы определить конструкции бумажно-алюминиевого ламината, которые не пойдут на компромисс с производительностью.
Защитная упаковка, например, контейнеры из полиэтилена и алюминиевых ламинатов, сочетает прочность и долговечность пластика с влаго- и светонепроницаемыми свойствами алюминиевой фольги. Хотя эти материалы эффективны, наблюдается сдвиг в сторону потребителей, желающих меньше пластика и больше экологически чистых материалов в упаковке, которая попадает к ним домой.
Чтобы создать такой вариант защитной упаковки, не жертвуя функциональностью, Хамед Зарей и его коллеги разработали ряд бумажно-алюминиевых ламинатов и сравнили их прочность и долговечность с обычной полиэтилен-алюминиевой упаковкой.
Сначала ученые изготовили два бумажно-алюминиевых ламината:
- Ламинат машинного направления (MD), изготовленный из алюминия и бумаги, волокна которого расположены параллельно направлению загрузки машины (вдоль волокон).
- Поперечно-направленный (CD) ламинат, изготовленный из алюминия и бумаги, волокна которого расположены перпендикулярно направлению загрузки машины (против волокон).
Затем они сравнили прочность на разрыв ламинатов MD и CD бумага-алюминий с ламинатом полиэтилен-алюминий, растягивая образцы каждого материала с постепенно увеличивающейся силой на лабораторных машинах. Они также создали цифровую модель, проверенную их данными о прочности на разрыв, которая могла бы воспроизвести эти испытания на растяжение ламината и надежно предсказать реакцию материала в различных сценариях.
В испытаниях на прочность на разрыв полиэтилен-алюминиевый ламинат мог растягиваться дальше без разрыва, чем оба бумажно-алюминиевых ламината. А из двух материалов, содержащих бумагу, тот, что был изготовлен из бумаги MD, мог растягиваться дальше, но образовывал трещины вдоль волокон бумаги быстрее, чем бумага CD.
Проведя моделирование MD, CD и смешанной MD/CD бумаги на своей цифровой модели , исследователи предсказали, что алюминиевая пленка в сочетании с бумажным слоем, изготовленным из волокон MD и CD, даст механические свойства, почти идентичные свойствам обычного полиэтилен-алюминиевого ламината.
Хотя исследователи еще не создали ламинат из бумаги и алюминия MD/CD в лабораторных условиях, они утверждают, что это исследование дает инженерам- упаковщикам информацию для создания экологически чистых материалов, которые могли бы работать так же эффективно, как и традиционные варианты.
