Kompostowalne opakowanie do żywności, które nadal zapobiega wydostawaniu się tłuszczu

Kubki papierowe, pudełka kartonowe i opakowania żywności mogą wydawać się biodegradowalne, ale wiele z nich zawiera plastikową powłokę, której nie można kompostować. Chociaż dostępne są ekologiczne produkty papierowe niezawierające plastiku, często wyciekają z nich tłuszcz i olej, osłabiając papier i tworząc bałagan. Dziś naukowcy informują, że opracowali degradowalną powłokę polimerową, która może zablokować tę penetrację i może doprowadzić do powstania nowych biodegradowalnych materiałów papierowych.

Naukowcy zaprezentują swoje wyniki na jesiennym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego (ACS). ACS Fall 2021 to spotkanie hybrydowe, które odbywa się wirtualnie i osobiście w dniach 22-26 sierpnia, a zawartość na żądanie będzie dostępna od 30 sierpnia do września. 30. Spotkanie obejmuje ponad 7000 prezentacji na szeroki zakres tematów naukowych.

„Konsumenci naciskają na bardziej zrównoważone produkty” – mówi dr Matthew Carter, główny badacz projektu. Wejście do stołówki to ogromne wyzwanie” – dodał Carter, który zaprezentował pracę na spotkaniu.

Obecne powłoki odporne na oleje i tłuszcze do jednorazowych produktów papierniczych często zawierają fluorowęglowodory lub poliolefiny, ale polimery te są bezpieczne dla środowiska i nie mogą być kompostowane. „Jedną z rzeczy, które sprawiają, że konwencjonalne polimery są użyteczne, jest ich trwałość” – mówi dr Andrew Hejl, który pracuje z Carterem w firmie Dow. Ta wytrzymałość, wynikająca ze stabilnych wiązań węgiel-węgiel, które tworzą się podczas polimeryzacji, jest pożądana na przykład w farbie do domu na bazie lateksu, która musi przetrwać lata, ale jest problematyczna w papierowej tacy przeznaczonej do kompostowania.

Jednym ze sposobów na zmniejszenie trwałości polimerów jest dodanie degradowalnych wiązań, aby złamać ich szkielety węglowo-węglowe, mówi Carter. W tym celu naukowcy zwrócili się do techniki polimeryzacji rodnikowej, która istniała od lat, ale nie była jeszcze powszechnie stosowana. Zespół Dow zauważył, że ostatnio w świecie akademickim odrodziło się zainteresowanie zastosowaniem tej techniki z cyklicznymi acetalami ketenu i monomerami winylowymi i zaczął badać, w jaki sposób tę chemię można przenieść do środowiska przemysłowego. W środowisku akademickim reakcję zwykle prowadzono w rozpuszczalnikach organicznych, ale Dow chciał przestawić się na wodę jako „bardziej ekologiczny” substytut. Było to trudne, ponieważ cykliczne monomery ketenowo-acetalowe są niestabilne w wodzie, ale naukowcy rozwiązali ten problem, optymalizując warunki reakcji, w tym pH, temperaturę i stężenie monomerów.

W ich reakcji zmieszano cykliczny acetal ketenu 2-metyleno-1,3-dioksepan i octan winylu z wytworzeniem polimeru z wiązaniami estrowymi w szkielecie. Następnie zespół pokrył papier emulsją tego polimeru na bazie wody – syntetycznego „lateksu”, który nie ma nic wspólnego z naturalną gumą lateksową i dlatego jest mało prawdopodobne, aby wywołał reakcję alergiczną – i pozostawił do wyschnięcia. Niedawno poinformowali, że powłoka stanowi skuteczną barierę przed olejami i tłuszczami, a jej wiązania estrowe mogą się dość powoli rozpadać w wodzie o neutralnym pH, ale szybciej przy wyższych wartościach pH w warunkach laboratoryjnych. Naukowcy zaczynają teraz oceniać zdolność powłoki do degradacji w warunkach przemysłowych. Jak dotąd wykazali, że mikroorganizmy stosowane w kompostownikach przemysłowych mogą pomóc w biodegradacji polimeru w symulowanych ściekach. „Koncepcją jest posiadanie długiego polimeru, który rozpada się na mniejsze kawałki, które ostatecznie są rozkładane na CO2 przez drobnoustroje” – mówi Hejl.

Inni badacze i firmy opracowali biodegradowalne produkty gastronomiczne z powłokami opartymi na naturalnych substancjach, takich jak serwatka czy chitozan. „To świetne opcje, ale mają ograniczenia pod względem wydajności, jakiej oczekujesz za rozsądną cenę”, mówi Hejl. A niektóre powłoki trzeba nakładać bardzo rozcieńczone, więc trzeba dużo wody odparowywać, żeby je wysuszyć – dodaje. „Więc istnieje wiele potencjalnych materiałów i myślę, że nie każde pole jest zaznaczone”. Jednak naukowcy z Dow uważają, że ich powłoka może być odpowiednia.

„Kiedy spojrzysz na koncepcję zerwania stabilnego szkieletu węglowo-węglowego z ogólnie degradowalnymi ogniwami, to naprawdę otwiera się wiele możliwości poza powlekaniem papieru” – mówi Carter. „Inne zastosowania obejmują preparaty do higieny osobistej lub gospodarstwa domowego, takie jak szampon i pasta do podłóg. Wiele z tych materiałów zawiera obecnie syntetyczne polimery wiążące węgiel-węgiel. Tak więc takie podejście może być skutecznym sposobem na uczynienie nowych klas materiałów biodegradowalnymi w przyszłości.”

referencja
Przedstawione na jesiennym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego, 22-26 maja. Sierpień 2021.

Ten artykuł został ponownie opublikowany z następujących materiały. Uwaga: materiał mógł być edytowany pod względem długości i treści. Więcej informacji można znaleźć w cytowanym źródle.