Van vloeibaar wasmiddel verpakt in karton tot composteerbare plastic bekers, consumentenproducten prijzen tegenwoordig in toenemende mate hun duurzame en hernieuwbare oorsprong aan.

Nu hebben onderzoekers van het Georgia Institute of Technology een materiaal gemaakt dat is afgeleid van krabschalen en boomvezels dat het potentieel heeft om de flexibele plastic verpakking te vervangen die wordt gebruikt om voedsel vers te houden.

Het nieuwe materiaal, die op 23 juli wordt beschreven in het tijdschrift ACS Duurzame Chemie en Engineering , wordt gemaakt door meerdere lagen chitine van krabschalen en cellulose van bomen te spuiten om een ​​flexibele film te vormen die lijkt op plastic verpakkingsfilm.

"De belangrijkste benchmark waarmee we het vergelijken, is PET, of polyethyleentereftalaat, een van de meest voorkomende materialen op petroleumbasis in de transparante verpakkingen die je ziet in automaten en frisdrankflessen, " zei J. Carson Meredith, een professor aan de Georgia Tech's School of Chemical and Biomolecular Engineering. "Ons materiaal vertoonde een vermindering van 67 procent in zuurstofdoorlaatbaarheid ten opzichte van sommige vormen van PET, wat betekent dat het voedsel in theorie langer vers kan houden."

Cellulose, die afkomstig is van planten, is 's werelds meest voorkomende natuurlijke biopolymeer, gevolgd door chitine, die in schaaldieren voorkomt, insecten en schimmels.

Het team bedacht een methode om een ​​film te maken door nanovezels van cellulose en chitine in water te suspenderen en in afwisselende lagen op een oppervlak te sproeien. Eenmaal volledig gedroogd, het materiaal is flexibel, sterk, transparant en composteerbaar.

"We keken al enkele jaren naar nanokristallen van cellulose en onderzochten manieren om die te verbeteren voor gebruik in lichtgewicht composieten en voedselverpakkingen, vanwege de enorme marktkansen voor hernieuwbare en composteerbare verpakkingen, en hoe belangrijk voedselverpakkingen in het algemeen zullen zijn naarmate de bevolking blijft groeien, ' zei Meredith.

Het onderzoeksteam omvatte ook Meisha Shofner, een universitair hoofddocent aan de School of Materials Science and Engineering en de interim-directeur van het Renewable Bioproducts Institute, John R. Reynolds, een professor in de scholen van Chemie en Biochemie en Materials Science and Engineering, en Chinmay Satam, een afgestudeerde student aan Georgia Tech.

Het team was om een ​​niet-gerelateerde reden naar chitine aan het kijken toen ze zich afvroegen of het misschien gebruikt zou kunnen worden in voedselverpakkingen.

"We erkenden dat omdat de chitine-nanovezels positief geladen zijn, en de cellulose nanokristallen zijn negatief geladen, ze zouden goed kunnen werken als afwisselende lagen in coatings omdat ze een mooie interface daartussen zouden vormen, ' zei Meredith.

Verpakkingen die bedoeld zijn om voedsel te bewaren, moeten voorkomen dat er zuurstof doordringt. Een deel van de reden waarom het nieuwe materiaal beter is dan conventionele plastic verpakkingen als gasbarrière, is vanwege de kristallijne structuur van de film.

"Het is moeilijk voor een gasmolecuul om een ​​vast kristal binnen te dringen, omdat het de kristalstructuur moet verstoren, "Zei Meredith. "Iets als PET daarentegen heeft een aanzienlijke hoeveelheid amorf of niet-kristallijn gehalte, dus er zijn meer paden waar een klein gasmolecuul gemakkelijker zijn weg doorheen kan vinden."

Milieuactivisten hebben lang gezocht naar hernieuwbare manieren om op aardolie gebaseerde materialen in consumentenproducten te vervangen. Met de reeds geproduceerde hoeveelheid cellulose en een onmiddellijke aanvoer van chitinerijke bijproducten die overblijven uit de schelpdiervoedingsindustrie, er is waarschijnlijk meer dan genoeg materiaal beschikbaar om van de nieuwe films een levensvatbaar alternatief voor flexibele verpakkingen te maken, zei Meredith.

Nog altijd, er is meer werk aan de winkel. Om het nieuwe materiaal uiteindelijk concurrerend te maken met flexibele verpakkingsfolie op kosten, er zal een productieproces moeten worden ontwikkeld dat schaalvoordelen maximaliseert. Aanvullend, terwijl industriële processen om cellulose massaal te produceren volwassen zijn, methoden om chitine te produceren staan ​​nog in de kinderschoenen, zei Meredith. En, er is ook meer onderzoek nodig om het vermogen van het materiaal om waterdamp te blokkeren te verbeteren.