Kunststoffverpackungen sind leicht, formstabil und robust. Papier punktet zwar bei Rohstoffbasis und Recycling, kann aber meist bei der mechanischen Belastbarkeit nicht mithalten. Ein Forschungsteam aus China und Schweden zeigt nun, wie sich diese Lücke mit einem reinen Celluloseverbund deutlich verkleinern lässt. Die Studie erschien im Fachjournal Nature Communications. Das neu entwickelte Papier erreicht eine hohe Zugfestigkeit und kann sich sichtbar dehnen, ohne zu reißen.

Drei Cellulosebausteine greifen ineinander

Für das Material kombinierten die Forschenden Fichtenholz-Zellstofffasern mit zwei Formen bakterieller Cellulose. Ein Mikrogel füllte größere Hohlräume zwischen den Papierfasern, sehr feine Nanofasern schlossen zusätzlich kleinere Zwischenräume. Beim Entwässern und Trocknen rückten die Bestandteile durch Kapillarkräfte eng zusammen und bildeten besonders viele Kontaktflächen. Entscheidend war die Mischung aus allen drei Komponenten. Bei gleichen Anteilen entstand das stärkste Material. Laut Studie liegt die Festigkeit weit über herkömmlichem Papier und auch über vergleichbaren Cellulosepapieren.

Spannend für trockene Verpackungen

Der Ansatz ist aus zwei Gründen bemerkenswert. Erstens besteht das Material vollständig aus Cellulose aus Holz und bakterieller Produktion. Zweitens ist die Herstellung weniger energieaufwendig sein als bei anderen Nanocellulosepapieren, weil die Entwässerung deutlich schneller verläuft. Im Versuch brauchte die Filtration des neuartigen Papiers rund 1,4 Stunden statt fast 7,8 Stunden bei einem Vergleichsmaterial aus reinen Nanofasern. Zusätzlich haftete der Verbund gut auf hydrophilen Oberflächen wie Glas und Papier. Das eröffnet Perspektiven für Verpackungen, leichte Strukturmaterialien oder Klebstoffschichten auf Cellulosebasis. Zugleich zeigen die Daten Grenzen. Bei hoher Luftfeuchte sinkt die Festigkeit, und nach längerem Kontakt mit Wasser geht ein großer Teil der Leistung verloren. Für trockene Anwendungen könnte der Ansatz dennoch spannend sein, weil er die klassische Schwachstelle von Papier an den Kontaktstellen zwischen den Fasern gezielt verbessert und einen biobasierten Werkstoff damit näher an technische Kunststoffe heranführt.

ag