Introductie van een eenvoudige stap naar de productie van plantaardige, biologisch afbreekbaar plastic zou zijn eigenschappen kunnen verbeteren en tegelijkertijd obstakels voor de commerciële productie ervan kunnen overwinnen, zegt nieuw onderzoek van de Universiteit van Nebraska-Lincoln en Jiangnan University.

Die stap? De warmte brengen.

Nebraska's Yiqi Yang en collega's ontdekten dat het verhogen van de temperatuur van bioplastic vezels tot enkele honderden graden Fahrenheit, laat ze dan langzaam afkoelen, de normaal gesproken matte weerstand van bioplastic tegen hitte en vocht aanzienlijk verbeterd.

Dankzij de thermische aanpak kon het team ook oplosmiddelen en andere dure, tijdrovende technieken die doorgaans nodig zijn om een ​​commercieel levensvatbaar bioplastic te vervaardigen, meldde de studie.

Yang zei dat de aanpak fabrikanten van van maïs afgeleid plastic zou kunnen toestaan, zoals een Cargill-fabriek in Blair, Nebraska - om het biologisch afbreekbare materiaal continu te produceren op een schaal die op zijn minst plastic op basis van aardolie benadert, de industriestandaard. Recent onderzoek schat dat ongeveer 90 procent van het Amerikaanse plastic niet wordt gerecycled.

"Deze schone technologie maakt (de) productie op industriële schaal van commercialiseerbare biobased plastics mogelijk, ', melden de auteurs.

Niet gemakkelijk om groen te zijn

De aanpak maakt gebruik van polymelkzuur, of polylactide, een bestanddeel van biologisch afbreekbaar plastic dat kan worden gefermenteerd uit maïszetmeel, suikerriet en andere planten. Hoewel de meeste kunststoffen van aardolie worden gemaakt, polylactide is naar voren gekomen als een milieuvriendelijker alternatief.

Maar de gevoeligheid van polylactide voor warmte en vocht, vooral tijdens het productieproces, heeft het gebruik ervan in textiel en andere industrieën beperkt. Bij het zoeken naar manieren om het probleem aan te pakken, onderzoekers ontdekten lang geleden dat het mengen van spiegelbeeldige polylactidemoleculen - in het algemeen "L" en "D" genoemd - sterkere moleculaire interacties en betere prestaties zou kunnen opleveren dan het gebruik van alleen de L of D alleen.

Maar er was nog een vangst. Het is moeilijk om een ​​redelijk deel van de L- en D-moleculen te overtuigen om permanent te paren, vaak gedwongen onderzoekers om dure en gecompliceerde matchmaking-schema's te verzinnen. Enkele van de meest voorkomende zijn het gebruik van oplosmiddelen of andere chemische middelen waarvan de verwijdering zelf milieuproblemen kan veroorzaken.

"Het probleem is dat mensen geen manier konden vinden om het te laten werken, zodat je het op grote schaal zou kunnen gebruiken, " zei Yang, Charles Bessey Hoogleraar biologische systeemtechniek en textiel, merchandising en modeontwerp. "Mensen gebruiken vervelende oplosmiddelen of andere toevoegingen. Maar die zijn niet goed voor een continue productie.

"We willen de polymeren niet oplossen en dan proberen de oplosmiddelen te verdampen. en dan moeten overwegen om ze opnieuw te gebruiken. Dat is gewoon te duur (en) niet realistisch."

Opwarmen

Yang en zijn collega's besloten een andere aanpak te volgen. Na het mengen van pellets van het L- en D-polylactide en het spinnen tot vezels, het team verwarmde ze snel tot wel 400 graden Fahrenheit.

Het resulterende bioplastic was bestand tegen smelten bij temperaturen die meer dan 100 graden hoger waren dan plastics die alleen de L- of D-moleculen bevatten. Het behield ook zijn structurele integriteit en treksterkte na onderdompeling in water van meer dan 250 graden, een benadering van de omstandigheden waaraan bioplastics moeten voldoen wanneer ze worden verwerkt in geverfd textiel.

De textielindustrie produceert jaarlijks ongeveer 100 miljoen ton vezels, Yang zei, wat betekent dat een haalbaar groen alternatief voor op aardolie gebaseerde productie zowel ecologisch als financieel lonend zou kunnen zijn.

"Dus we hebben gewoon een goedkope manier gebruikt die continu kan worden toegepast, wat een groot deel van de vergelijking is, Yang zei. "Je moet het continu kunnen doen om op grote schaal te kunnen produceren. Dat zijn belangrijke factoren."

Hoewel het team continue productie op kleinere schaal heeft aangetoond in het lab van Yang, hij zei dat het snel zal toenemen om verder te illustreren hoe de aanpak kan worden geïntegreerd in bestaande industriële processen.