Je pakt een kassabon, vouwt hem in je zak en denkt er verder niet meer over na. Toch zitten er vervelende kanten aan dat kleine stukje papier. Thermisch papier, waar bonnetjes, verzendlabels en reistickets van zijn gemaakt, bevat chemicaliën die onze hormoonhuishouding kunnen verstoren. Nu laten onderzoekers zien dat het ook anders kan: met thermisch papier gemaakt van hout.
Thermisch papier werkt op zich heel mooi. In de toplaag zitten een kleurloze kleurstof en een zogenoemde ontwikkelaar. Zodra het papier wordt verhit, bijvoorbeeld in een kassa of printer, reageren die twee met elkaar en verschijnt er een zwarte tekst. Maar er is een probleem met die ontwikkelaar. Jarenlang was de werkzame stof vooral bisfenol A (BPA), nu is het vaak vervangen door bisfenol S (BPS). Beide stoffen staan bekend als hormoonverstorend, ze zijn in staat om het endocriene systeem negatief te beïnvloeden. Onderzoek toont aan dat deze schadelijke stoffen terug te vinden zijn in het oppervlaktewater, in de bodem en in het lichaam van mensen die veel met bonnetjes werken, zoals kassamedewerkers.
Miljardenmarkt
Omdat thermisch papier op enorme schaal wordt geproduceerd, dagelijks wordt aangeraakt en vaak wordt gerecycled, verspreiden deze stoffen zich makkelijk in het milieu. Maar het blijkt bijzonder lastig om een veiliger alternatief te vinden voor de chemicaliën. De wereldmarkt voor thermisch papier was in 2022 zo’n 4 miljard dollar waard en groeit richting 6 miljard in 2030. De ideale vervanger moet dus niet alleen veilig zijn, maar ook goedkoop, stabiel en betrouwbaar.
Regelgevers en fabrikanten zoeken al jaren naar alternatieven voor BPA en BPS, tot voor kort zonder resultaat. Een nieuwe stof moet precies bij de juiste temperatuur reageren, niet verkleuren tijdens opslag, goed mengen met andere ingrediënten en scherpe afdrukken geven. Veel groene alternatieven vallen af omdat ze op een van die punten tekortschieten.
Lignine
Onderzoekers van de Zwitserse École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) denken nu de juiste combinatie te hebben gevonden. Ze beschrijven deze week in vakblad Science Advances hoe ze thermische papiercoatings hebben uitgevonden op basis van lignine, een belangrijk bestanddeel van hout, in combinatie met een hulpstof uit plantaardige suikers. “We hebben thermisch papier ontwikkeld voor kassabonnen, pakketlabels en tickets op basis van plantaardige moleculen met nauwelijks meetbare giftige effecten”, zegt chemicus Jeremy Luterbacher.
Slimme chemische oplossing
Lignine is eigenlijk een heel logische keuze. Het materiaal geeft hout zijn stevigheid en bevat van nature chemische groepen die als ontwikkelaar kunnen dienen. Maar er zijn een paar problemen met het goedje: lignine heeft van nature een donkere kleur en het is chemisch nogal ‘rommelig’ opgebouwd, funest voor het uitvoeren van helder drukwerk. Maar de onderzoekers hebben daar wat op gevonden. Ze gebruiken een extractiemethode met de tongbrekende naam sequential aldehyde-assisted fractionation om lichte, schone lignine-polymeren te maken. De ligninemoleculen worden ontdaan van groepen die licht absorberen en daarom de kwaliteit van de afdruk verpesten. De gemodificeerde lignine laat zich ook nog eens goed mengen in de thermische coating, een belangrijke voorwaarde voor een gelijkmatige reactie.
Sensitizer
Het team voegde een zogeheten sensitizer toe om de juiste temperatuurgevoeligheid te bereiken bij verhitting. Dit is een stof die smelt bij warmte en de reactie tussen kleurstof en ontwikkelaar op gang helpt. In plaats van een petroleumproduct kozen ze voor diformylxylose, een molecuul gemaakt uit xylan, een suiker uit plantaardige celwanden. De onderzoekers brachten de mengsels in dunne lagen aan op papier en testten ze met gecontroleerde verhitting en met commerciële printers.
De resultaten zijn veelbelovend. De op hout gebaseerde coatings produceerden duidelijke, goed leesbare afdrukken. Het contrast doet niet onder voor thermisch papier dat op BPA of BPS is gebaseerd. De teksten op de prints bleven maandenlang goed leesbaar bij opslag in daglicht en zelfs na een jaar waren de logo’s nog goed te lezen. Maar het verschil in veiligheid is enorm. De lignineontwikkelaars komen bijzonder goed uit de tests. Ze hebben een oestrogeenachtige activiteit die honderd tot tienduizend keer lager ligt dan die van BPA. De op suiker gebaseerde sensitizer liet onder de testomstandigheden zelfs helemaal geen hormonale of toxische effecten zien.
Bonnetjes met een groen geweten
De studie laat zien dat het nu al mogelijk is om veilige thermische coatings te maken uit niet-eetbare biomassa en dat de productieprocessen relatief eenvoudig zijn. Er is nog wel veel werk aan de winkel om de printkwaliteit verder te optimaliseren en de productie op te schalen, maar de richting waarin we moeten gaan wat betreft thermisch papier is duidelijk. “Bonnetjes en labels moeten gewoon goed zijn, zonder dat ze ongemerkt onze hormoonhuishouding in de war schoppen”, concludeert Luterbacher.
