Produktion von bakteriziden Papieren mit verbesserten Oberflächeneigenschaften

Im Zusammenhang mit der Coronavirus-Pandemie ist nicht nur die Nachfrage nach verschiedenen Desinfektionsmitteln gestiegen, sondern auch das Interesse an neuen antibakteriellen und antiviralen Materialien, insbesondere an Papierverpackungen für Lebensmittel und landwirtschaftlichen Produkten gestiegen. Es ist möglich, die Eigenschaften von Papier und Pappe zu verändern und ihnen antibakterielle Eigenschaften zu verleihen. Dies ist mit Hilfe von speziellen Füllstoffen möglich, von denen Zeolithe, die biologisch aktive Metalle (Silber, Kupfer, Zink usw.) enthalten, als sehr vielversprechend gelten.

Das Kernstück des von der Shota Rustaveli National Science Foundation of Georgia unterstützten Projekts ist die Herstellung von Papier mit bakteriziden und verbesserten Oberflächeneigenschaften unter Verwendung von Zeolith-Füllstoffen, die bioaktive Silber-, Kupfer- und Zinkionen enthalten. Für die Herstellung der bakteriziden Füllstoffe wurden natürliche Zeolithe aus Georgien verwendet, insbesondere Heulandit-Klinoptilolith aus der Lagerstätte Dzegvi-Tedzami.

Wir bieten eine einfache und kostengünstige Technologie zur Herstellung von bakterizidem Packpapier mit verbesserten Oberflächeneigenschaften an.

Die Technologie basiert auf der Einführung von Zeolithmaterial, das mit biologisch aktiven Metallen (Silber, Kupfer, Zink) angereichert ist in die Papierbahn.

Es wird angenommen, dass nur Silber eine hohe bakteriostatische Aktivität hat, aber seine Verwendung erhöht die Kosten des Produkts, so dass diese Technologie nicht weit verbreitet ist. Wir schlagen daher vor, billigere Metalle, Kupfer und Zink, zu verwenden.

Wir haben herausgefunden, dass die Einführung dieser bakteriziden Metalle die Bildung von Schimmel sowie das Wachstum von Pilzen und anderen mikrobiellen Verunreinigungen auf der Oberfläche von Papier und Pappe verhindert. Außerdem macht die Einführung von kupferhaltigen Zusammensetzungen das Papier wasserdicht. Auch entspricht die Verwendung eines solchen Papiers/Kartons den modernen Umweltanforderungen, den Anteil synthetischer Polymere im Sortiment der Verpackungsmaterialien zu reduzieren und zu "Papiertüten" und "Pappkartons" zurückzukehren.

Das wichtigste erwartete Ergebnis des Projekts war die Herstellung von Verpackungspapier mit bakteriziden Eigenschaften, nicht nur unter Laborbedingungen, sondern auch in der Produktion. Papier mit Aktivität gegen E. coli sowie wasserfestes Papier mit Aktivität gegen Staphylokokken wurden auf der Produktionslinie der Papierfabrik der Gesellschaft mit beschränkter Haftung "Georgia Paper Production Ltd" (126, Beri G.Salosi str., Tbilisi, Georgia, Identifikationscode: 206165424, Direktor Ramaz Gvalia) eingesetzt. Beide Technologien werden auch in Zukunft von dem Unternehmen verwendet. Es sei darauf hingewiesen, dass der Rohstoff für die Papierherstellung Sekundärrohstoffe - Altpapier - sind. Unser Team von Wissenschaftlern arbeitet zusammen mit der Papierfabrik erfolgreich an diesem Projekt.

Die chemischen und mechanischen Eigenschaften der gewonnenen Papierproben wurden untersucht. Die chemische Zusammensetzung der Papierproben wurde mit Hilfe des energiedispersiven Röntgenspektrums bestimmt. Das Flächengewicht (Grammatur) des Papiers wurde mit einer elektronischen Analysenwaage bestimmt. Die Zugfestigkeit und Dehnung der Papierstreifen (25 mm x 150 mm) wurde mit einer Universalprüfmaschine in Längs- und Querrichtung gemessen. Die Oberflächentopologie des Papiers wurde mit einem Lichtmikroskop analysiert. Um repräsentative Bilder zu erhalten, wurde die Aufnahme an fünf verschiedenen Stellen des Materials durchgeführt (Homogenitätstest). Die Charakterisierung der Probenmorphologie erfolgte anhand der rasterelektronenmikroskopischen Bilder.

Die Bewertung der bakteriziden Aktivität des metallzeolithhaltigen Papiers erfolgte durch die Scheibendiffusionsmethode (Kirby-Bauer) und den Test der koloniebildenden Einheiten (KBE) unter Verwendung der Kulturen des gramnegativen Bakteriums Escherichia coli, der grampositiven Bakterien Staphylococcus aureus und Bacillus subtilis, des pilzpathogenen Hefepilzes Candida albicans und eines Pilzes Aspergilus niger (oder A. brasiliensi).

An dem Projekt arbeitet eine Gruppe von Wissenschaftlern des Petre Melikishvili Institute of Physical and Organic Chemistry, I. Javakhishvili Tbilisi State University, unter der Leitung des Mitglieds der Georgischen Nationalen Akademie der Wissenschaften Vladimer Tsitsishvili. Zum Team gehören Prof. N. Dolaberidze, PhD N. Mirdzveli, PhD M. Nijaradze, PhD Z. Amiridze, PhD B. Khutsishvili, G. Khutsishvili, O. Chudakova.

In den Jahren 2020-2021 arbeitete das Team mit Unterstützung der Internationalen Bank für Wiederaufbau und Entwicklung (IBRD) an dem Projekt CARYS 19-442 "Bakterizide Zeolith-Füllstoffe für die Papierherstellung "Die erfolgreiche Umsetzung des Projekts kann ein Faktor für die Wiederbelebung der Papierindustrie in Georgien und die Schaffung neuer Arbeitsplätze werden.

Diese Arbeit wurde von Shota Rustaveli National Science Foundation of Georgia (SRNSFG) unterstützt [Förderungsnummer AR-22-610, Projekttitel "Herstellung von Papier mit bakteriziden und verbesserten Oberflächeneigenschaften"].