Industriaffald genbruges til at producere alternativer til plast

I Brasilien, forskere ved São Paulo State University (UNESP) i Ilha Solteira har udviklet en film, der kan erstatte plast i mademballage. Filmen er fremstillet af hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) og bakteriecellulosestumper, der er tilbage fra industriel forarbejdning. Begge råvarer er bæredygtige. De kombineres for at producere en bionedbrydelig film af bakterielle cellulose -nanokrystaller og HPMC.

Produktet er bedre end film fremstillet af HPMC alene. En artikel om forskningsprojektet, som blev understøttet af FAPESP, er offentliggjort i tidsskriftet ACS -anvendt materiale og grænseflader.

"Vi satte os for at fylde HMPC -matrixen med bakterielle cellulose -nanokrystaller for at forbedre dens egenskaber. Vi ville også lave grønnere protokoller til udvikling af nye kompositter, fra selve materialet til dets oprindelse, så vi inkluderede genbrug af industriaffald i projektet, "sagde Márcia Regina de Moura Aouada, medforfatter af artiklen. Aouada har en ph.d. i kemi fra UNESP, hvor hun underviser og er forsker ved Center for Udvikling af Funktionelle Materialer (CDMF), en af ​​forskningen, Innovations- og formidlingscentre (RIDC'er) understøttet af FAPESP.

Siden hendes ph.d. Aouada har undersøgt film lavet af vedvarende energikilder, spiselige og bionedbrydelige film, med det formål at reducere den voksende generation af fast affald i form af dumpet mademballage i plast.

"En af begrænsningerne ved film fremstillet af HPMC og andre biopolymerer er deres lave mekaniske styrke sammenlignet med traditionelle film, der er afledt af råolie. De er også stærkt gennemtrængelige for vanddamp, hvilket begrænser de tilgængelige applikationer. Vi forbedrede disse egenskaber ved at tilføje bakteriel cellulose, "sagde Pamela Melo, en kandidatstuderende i materialevidenskab ved UNESP og første forfatter af artiklen om projektet, som blev gennemført under hendes ph.d. forskning under Aouadas tilsyn.

Kageopskrift

Forskerne skaffede bakteriecelluloseaffald fra Seven Indústria de Produtos Biotecnológicos, som laver sårforbinding af biofilm i staten Paraná. For at omdanne dette affald til film, der er egnet til mademballage, de fræste først resterne til pulver. "Vi underkastede derefter pulveret til svovlsyrehydrolyse, en proces godt beskrevet i litteraturen, "Sagde Melo. Resultatet var en bakteriel cellulose -nanokrystalsuspension, som de blandede med HPMC fortyndet i vand for at producere en filmdannende dispersion, et mål af interesse for bioplastindustrien.

"Det er ikke nok at skabe gode kompositter. Vi skal finde den bedste løsning for at opnå gode filmegenskaber ved forskellige faktorer som viskositet og nanopartikelkoncentration. En rimelig analogi kan være en kageopskrift:at studere opskriften er en anden væsentlig innovation i vores undersøgelse , "Sagde Aouada.

"Hvordan nanokrystaller interagerer med HPMC -matrixen og fordeles i den, bestemmer filmkvaliteten, så vi gennemførte test og nåede frem til den optimale distribution via højenergidispersion ved hjælp af en Turrax-disperser, "Sagde Melo. Den filmdannende dispersion blev afsat på et substrat. Opløsningsmidlerne fordampede efter 24-48 timer. Resultatet var en stærkere, mindre gennemtrængeligt produkt end HPMC-film. Mængden af ​​vand, der absorberes af materialet, er i øjeblikket en begrænsning for dets anvendelse i emballage.

Et andet positivt fund er, at nanokrystaller ikke ændrer gennemsigtigheden af ​​HPMC.

Fordele ved bakteriel cellulose

Cellulose er den mest udbredte polymer i naturen og hovedkomponenten i vegetabilske fibre, giver stivhed til planter. Plantecellulose er velkendt og bruges til fremstilling af papir, men nogle bakterier alger og marine hvirvelløse dyr udskiller også cellulose, som har været brugt i nogen tid i sårforbinding af biofilm og nu udvider sig til andre områder, såsom mademballage.

Beskyttelse af det naturlige miljø gavner mest. "Bakteriel cellulose kan produceres i laboratoriet året rundt, uanset vejr og miljøforhold. Det er et renere molekyle, og produktionsprocessen genererer mindre forurening, "Aouada sagde. Forarbejdning af plantecellulose kræver fjernelse af urenheder såsom lignin ved hjælp af organochlorforbindelser, som er skadelige for miljøet.

En anden fordel ved bakteriel cellulose er tilstedeværelsen af ​​nanometriske fibre i dets struktur. "Dette er meget interessant, fordi det giver materialet forskellige egenskaber, såsom høj trækstyrke, hvilket betyder, at den kan modstå visse belastninger eller belastninger uden at bryde, "Sagde Aouada.

Næste skridt

Forskerne planlægger at fortsætte med at teste filmdannende dispersioner, indtil de konkluderer, at de har udviklet et konkurrencedygtigt produkt. De studerer andre polymerdispersionsteknikker, sammenligne dem med brugen af ​​HPMC, og vurdere deres bionedbrydelighed.

Hvis det lykkes dem at udvikle bedre filmdannende dispersioner, det kan være muligt at anvende bakteriecellulose i større skala. "Vores hovedfokus er på at finde erstatninger for materialer, der ikke betragtes som økologisk korrekte, såsom olieprodukter. Sådanne substitutter omfatter bionedbrydelige kompositter, der stammer fra vedvarende ressourcer, "Sagde Aouada.

Brugen af ​​cellulosestumper og andet affald hjælper også med at reducere omkostningerne ved forarbejdning. Forbrugerne foretrækker typisk plastfilm til emballage, fordi det er billigt. I øvrigt, der er andre lovende kilder til bakteriel cellulose, såsom sukkerrør og sojaindustrien. "Undersøgelser har vist, at bakteriel cellulose kan opnås ved hjælp af sukkerrør eller sojamelasse som et substrat, "Sagde Aouada.