Papir uden mikroplast:En økonomisk og miljøvenlig belægning

Michigan State Universitys Muhammad Rabnawaz har skabt en ny belægning til papiremballage, der er både økonomisk og miljøvenlig.

Belægningen, udviklet af Rabnawaz's Sustainable Materials Group, beskytter papiremballage mod olie og vand - hvilket gør det nyttigt til ting som papirtallerkener og juicekasser - ved hjælp af miljøvenlige ingredienser.

"Hvis det kommer i vandet, hvis det kommer i havet, det vil nedbrydes, " sagde Rabnawaz, en adjunkt på School of Packaging, der delte belægningens seneste formulering online den 18. januar i Journal of Applied Polymer Science .

Dette er en opgradering i forhold til mange eksisterende papirprodukter, der er afhængige af elastiske polymerer kaldet termoplast for at holde det underliggende papir tørt og robust, når du opbevarer mad eller drikkevarer.

"Ubelagt papir vil lække, " sagde Rabnawaz, hvilket er en mangel, der sandsynligvis har strejfet alle, der har stolet på, at en papirkop holder deres varme te eller kaffe. "Så løsningen har været at laminere den med plastik."

Plasten, imidlertid, er for god til sit arbejde. Det bliver ved med at beskytte papiret, selv efter at den er smidt ud. Dette har to store ulemper.

For en, papiret kan ikke genbruges med plastikken klæbende til det. For det andet disse papiremballageprodukter kan nemt ende i vandmasser, tilføje affald til søer, oceaner og vandløb.

"Der er bølger. Der er tidevand. Der er UV-lys fra solen, " sagde Rabnawaz. "Det er den perfekte opskrift til at forvandle materialet fra papiret til mikroplastik."

Mikroplast er bittesmå plastikfragmenter, der forurener akvatiske økosystemer og trænger ind i vandet og fisk og skaldyr, som mennesker indtager, med ukendte sundhedsmæssige konsekvenser.

Producenter har undersøgt alternativer til plastbelægninger, men de kommer som regel med andre problemer. En af de mere populære muligheder involverer belægninger, der tilhører PFAS-familien af ​​"for evigt kemikalier." PFAS er forkortelsen for perfluoralkyl- og polyfluoralkylstoffer, som udgør deres egne sundhedsproblemer.

"Spørgsmålet, vi stillede, var, om vi kan slippe af med den plast, der bliver til mikroplast, uden at bruge PFAS, " sagde Rabnawaz.

For at svare på dette, han fik hjælp fra sit spartanske hold:kandidatstuderende Aditya Nair og Dhwani Kansal; forskningsassistent Ruoqi Ping; og nyligt ph.d. modtager Li Zhao.

Gruppen formulerede en coating baseret på biokompatible og bionedbrydelige komponenter. Belægningen indeholder en olie, der bruges i kontaktlinser, en vandopløselig polymer kaldet polyvinylalkohol og en naturlig stivelseslignende polymer afledt af skaldyr (som er forskellig fra de skaldyrsproteiner, der udløser allergiske reaktioner).

Selvom denne sammensætning bruger polymerer, ingen er modstandsdygtige som den termoplast, der i øjeblikket anvendes i papirprodukter, sagde Rabnawaz.

"Al plast er polymerer, men ikke alle polymerer er plastik, " sagde han. Den nye belægning nedbrydes til vand, kuldioxid og andre inaktive molekyler i stedet for at blive hængende i miljøet som mikroplast.

"En anden god ting er, når papiret er forarbejdet igen, du kan fjerne belægningen, " han tilføjede, hvilket betyder at papiret kan genbruges. "Papiret bliver ligesom uberørt papir, og du kan bruge det igen og igen."

Selvom belægningen var motiveret af miljø- og folkesundhedsproblemer, Rabnawaz' team udviklede det også med et øje mod økonomi.

For eksempel, chitosan er naturligt rigeligt, men USA forbereder ikke meget af det til fremstilling. Så spartanerne fandt ud af, hvordan man inkorporerede polyvinylalkohol, som er lettere tilgængelig og billigere. Det er, hvad vasketøjskapsler bruger til at indkapsle deres vaskemiddel. Denne tilsætning reducerer mængden af ​​chitosan, der kræves for at fremstille belægningen, resulterer i et mere kommercielt levedygtigt produkt.

Rabnawaz har allerede indgivet to patenter relateret til belægningen – tilføjet til hans flere ansøgninger siden han kom til MSU i 2016 – og begyndt at dele prøver med interesserede virksomheder.

"Vi arbejder bestemt på kommercialisering, " sagde Rabnawaz.