Университет Ватерлоо: целлюлозное покрытие для бумажных стаканов выдержало истирание лучше полиэтилена

Группа Университета Ватерлоо под руководством Ширли Тан, профессора химии, разработала полностью целлюлозное барьерное покрытие для бумажных стаканов для горячих напитков. Работа опубликована 10 августа 2026 года в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering (DOI 10.1021/acssuschemeng.6c03064). Покрытие состоит из ацетата целлюлозы (CA), усиленного нанокристаллами целлюлозы (CNC); оба компонента получают из растений doi.orgACS Sustainable Chemistry & Engineeringdoi.orgОткрыть источник ↗. Это экспериментальное исследование на образцах бумаги с покрытием.

Цель — заменить полиэтиленовый слой, который получают из ископаемого сырья и который затрудняет переработку использованных стаканов. Поскольку покрытие и сам стакан целлюлозные, авторы считают, что материал может сократить потребность отделять пластиковый слой от бумаги doi.orgACS Sustainable Chemistry & Engineeringdoi.orgОткрыть источник ↗.

Структура и механические свойства

Состав диспергировали в герметичном процессе без сдвиговых нагрузок и наносили на пористую бумагу ракельным методом. Покрытия образуют сплошные поверхностные слои, перекрывающие макропоры и частично встраивающиеся в верхнюю сеть волокон doi.orgACS Sustainable Chemistry & Engineeringdoi.orgОткрыть источник ↗. Спектроскопия показала физическое смешение CA, CNC и бумаги с водородными связями между ними. В спектрах комбинационного рассеяния обнаружены сдвиги, соответствующие усилению связи на границе покрытия и подложки doi.orgACS Sustainable Chemistry & Engineeringdoi.orgОткрыть источник ↗.

Термогравиметрия показала задержку разложения основной цепи и рост коксового остатка по мере увеличения доли CNC. Прочность на растяжение и модуль росли с содержанием CNC и достигли максимума при 5 мас. %. Ударная вязкость повышалась до 3 мас. % CNC doi.orgACS Sustainable Chemistry & Engineeringdoi.orgОткрыть источник ↗.

Барьерные свойства и истирание

Покрытия сохраняли целостность при пятисуточном погружении в протонные и апротонные, кислые и щелочные среды: отслоения плёнки и каналов не возникло. Проницаемость для кислорода у образцов с одним CA снизилась более чем на порядок по сравнению с непокрытой бумагой. С добавлением CNC она достигла области низкой проницаемости doi.orgACS Sustainable Chemistry & Engineeringdoi.orgОткрыть источник ↗.

При длительных испытаниях на истирание у серийных стаканов с полиэтиленовым слоем нарастали выбоины, раскрытие границ и хлопьевидное разрушение поверхности. Поверхность CNC-CA осталась связной, адгезионно прочной и с малым числом дефектов doi.orgACS Sustainable Chemistry & Engineeringdoi.orgОткрыть источник ↗. По данным университета, покрытие также сохраняло стабильность после длительного контакта с кипятком, пищевым маслом и рядом растворителей и работало на лёгкой бумаге, например коричневых бумажных полотенцах.

Саян Гангули, научный сотрудник лаборатории нанотехнологий Тан, сообщил, что покрытие позволило взять заметно более тонкую бумагу. По его мнению, это может сократить расход материала и стоимость. Проект вырос из прежних работ по лёгким материалам для авиации. Исследователи также видят применение в упаковке пищевых продуктов и там, где компании хотят заменить пластик возобновляемыми материалами.