Materiale dannet af krabbeskaller og træer kunne erstatte fleksibel plastemballage

Fra flydende vaskemiddel pakket i pap til komposterbare plastkopper, forbrugerprodukter i disse dage udråber i stigende grad deres bæredygtige og vedvarende oprindelse.

Nu har forskere ved Georgia Institute of Technology skabt et materiale afledt af krabbeskaller og træfibre, der har potentialet til at erstatte den fleksible plastikemballage, der bruges til at holde mad frisk.

Det nye materiale, som er beskrevet 23. juli i journalen ACS Sustainable Chemistry and Engineering , fremstilles ved at sprøjte flere lag kitin fra krabbeskaller og cellulose fra træer for at danne en fleksibel film, der ligner plastemballagefilm.

"Det vigtigste benchmark, som vi sammenligner det med, er PET, eller polyethylenterephthalat, et af de mest almindelige petroleumsbaserede materialer i den gennemsigtige emballage, du ser i automater og sodavandsflasker, " sagde J. Carson Meredith, en professor ved Georgia Tech's School of Chemical and Biomolecular Engineering. "Vores materiale viste op til en 67 procent reduktion i iltpermeabilitet i forhold til nogle former for PET, hvilket betyder, at det i teorien kunne holde fødevarer friskere længere."

Cellulose, som kommer fra planter, er planetens mest almindelige naturlige biopolymer, efterfulgt af kitin, som findes i skaldyr, insekter og svampe.

Teamet udtænkte en metode til at skabe en film ved at suspendere cellulose og kitin -nanofibre i vand og sprøjte dem på en overflade i skiftevis lag. Når den er helt tørret, materialet er fleksibelt, stærk, gennemsigtig og komposterbar.

"Vi havde kigget på cellulose nanokrystaller i flere år og udforsket måder at forbedre dem til brug i letvægtskompositter såvel som fødevareemballage, på grund af den enorme markedsmulighed for vedvarende og komposterbar emballage, og hvor vigtig fødevareemballage samlet set bliver, når befolkningen fortsætter med at vokse, " sagde Meredith.

Forskerholdet inkluderede også Meisha Shofner, en lektor ved School of Materials Science and Engineering og den midlertidige administrerende direktør for Renewable Bioproducts Institute, John R. Reynolds, en professor ved skolerne for kemi og biokemi og materialevidenskab og teknik, og Chinmay Satam, en kandidatstuderende ved Georgia Tech.

Holdet havde undersøgt kitin af en ikke-relateret årsag, da de spekulerede på, om det kunne bruges i fødevareemballage.

"Vi erkendte, at fordi kitin-nanofibrene er positivt ladede, og cellulosenanokrystallerne er negativt ladede, de kan fungere godt som skiftevis lag i belægninger, fordi de ville danne en god grænseflade mellem dem, " sagde Meredith.

Emballage beregnet til at bevare mad har brug for at forhindre ilt i at passere igennem. En del af grunden til, at det nye materiale forbedrer konventionel plastemballage som en gasbarriere, er på grund af filmens krystallinske struktur.

"Det er svært for et gasmolekyle at trænge igennem en fast krystal, fordi det skal forstyrre krystalstrukturen, " sagde Meredith. "Noget som PET på den anden side har en betydelig mængde amorft eller ikke-krystallinsk indhold, så der er flere veje, der er nemmere for et lille gasmolekyle at finde vej igennem."

Miljøforkæmpere har længe ledt efter vedvarende måder at erstatte petroleumsbaserede materialer i forbrugerprodukter. Med den mængde cellulose, der allerede er produceret og en klar forsyning af kitinrige biprodukter, der er tilbage fra skaldyrfødevareindustrien, der er sandsynligvis mere end nok materiale til rådighed til at gøre de nye film til et levedygtigt alternativ til fleksibel emballage, sagde Meredith.

Stadig, der er mere arbejde at gøre. For at gøre det nye materiale i sidste ende konkurrencedygtigt med fleksibel emballagefilm på pris, der skal udvikles en fremstillingsproces, der maksimerer stordriftsfordele. Derudover mens industrielle processer til masseproduktion af cellulose er modne, metoder til fremstilling af kitin er stadig i deres vorden, Sagde Meredith. Og, mere forskning er også nødvendig for at forbedre materialets evne til at blokere vanddamp.