kopjes, kartons en voedselverpakkingen van papier lijken misschien biologisch afbreekbaar, maar veel bevatten een plastic coating die niet kan worden gecomposteerd. Hoewel plasticvrij, duurzame papierproducten zijn beschikbaar, ze laten vaak vet en olie door, het papier verzwakken en een puinhoop creëren. Vandaag, wetenschappers melden dat ze een afbreekbare polymeercoating hebben ontwikkeld die deze lekkage kan blokkeren en kan leiden tot nieuwe biologisch afbreekbare, op papier gebaseerde materialen.

De onderzoekers presenteren hun resultaten op de najaarsbijeenkomst van de American Chemical Society (ACS).

"Consumenten streven naar duurzamere producten, " Matthijs Carter, doctoraat, hoofdonderzoeker van het project. "Maar het maken van een volledig afbreekbaar papierproduct voor toepassingen voor eenmalig gebruik, zoals de sandwichwikkels, kommen en schalen die je in een cafetaria krijgt, is een grote uitdaging, " voegt Carter toe, die het werk op de vergadering presenteert.

Huidige olie- en vetbestendige coatings voor wegwerppapierproducten bevatten vaak fluorkoolwaterstoffen of polyolefinen, maar die polymeren zijn milieuvriendelijk en kunnen niet worden gecomposteerd. "Een van de dingen die conventionele polymeren nuttig maken, is hun duurzaamheid, ", zegt zijn collega-hoofdonderzoeker, Andrew Hejl, doctoraat, die met Carter werkt bij Dow. Die taaiheid, die zijn oorsprong vindt in de stabiele koolstof-koolstofbindingen die zich vormen tijdens polymerisatie, is wenselijk in, zeggen, een huisverf op latexbasis die jaren mee moet gaan, maar problematisch is in een papieren kom die bestemd is voor compostering.

Een manier om polymeren minder duurzaam te maken, is door afbreekbare verbindingen in te voegen om hun koolstof-koolstof ruggengraat te verstoren, zegt Carter. Om dit te doen, de onderzoekers wendden zich tot een vrije-radicaal-polymerisatietechniek die al jaren bestaat, maar nog niet op grote schaal was toegepast. Het opmerken van een recente heropleving van interesse in de academische wereld voor het gebruik van deze techniek met cyclische keteenacetaal en vinylmonomeren, het Dow-team begon te onderzoeken hoe deze chemie kon worden vertaald naar een industriële omgeving. In de academische wereld, de reactie werd typisch uitgevoerd in organische oplosmiddelen, maar Dow wilde overstappen op water als een "groener" alternatief. Dat was moeilijk omdat cyclische keteenacetaalmonomeren onstabiel zijn in water, maar de onderzoekers hebben dat probleem aangepakt door de reactieomstandigheden aan te passen, inclusief pH, temperatuur en monomeerconcentratie.

Hun reactie mengde het cyclische keteenacetaal 2-methyleen-1, 3-dioxepaan en vinylacetaat om een ​​polymeer te vormen met esterbindingen in de ruggengraat. Het team bekleedde vervolgens papier met een emulsie op waterbasis van dit polymeer - een synthetische "latex" die niets te maken heeft met natuurlijk latexrubber. en daarom is het onwaarschijnlijk dat het een allergische reactie veroorzaakt - en laat het drogen. Ze meldden onlangs dat de coating een effectieve barrière vormde tegen olie en vet, en dat de esterbindingen in water uit elkaar zouden kunnen vallen, vrij langzaam bij neutrale pH maar sneller bij hogere pH onder laboratoriumomstandigheden. Nutsvoorzieningen, de onderzoekers beginnen de afbreekbaarheid van de coating onder industrieel relevante omstandigheden te beoordelen. Tot nu toe hebben ze aangetoond dat micro-organismen die worden gebruikt in industriële composteerders kunnen helpen het polymeer biologisch af te breken in gesimuleerd afvalwater. "Het concept is om een ​​lang polymeer te hebben dat uiteenvalt in kleinere stukjes die uiteindelijk door microben worden afgebroken tot CO ₂ , ' zegt Hejl.

Andere onderzoekers en bedrijven hebben biologisch afbreekbare foodserviceproducten ontwikkeld met coatings op basis van natuurlijke materialen zoals wei of chitosan. "Dat zijn geweldige opties, maar ze hebben beperkingen wat betreft het verkrijgen van de gewenste prestaties tegen een geschikte prijs, " zegt Hejl. En sommige coatings moeten als zeer verdunde oplossing worden aangebracht, dus er moet veel water verdampt worden om ze te drogen, hij voegt toe. "Er zijn dus veel potentiële materialen, en ik denk niet dat er nog iets is afgevinkt." Maar de Dow-onderzoekers denken dat hun coating misschien wel de rekening zal vullen.

"Breder, als je kijkt naar het concept van het onderbreken van een stabiele koolstof-koolstof ruggengraat met afbreekbare verbindingen, dat biedt veel meer mogelijkheden dan alleen papiercoatings, ", zegt Carter. "Andere toepassingen zijn formuleringen voor persoonlijke verzorging of thuiszorg, zoals shampoo en vloerpoets. Veel van deze materialen bevatten momenteel synthetische koolstof-koolstofbindingspolymeren. Deze aanpak zou dus een krachtige manier kunnen zijn om in de toekomst afbreekbaarheid in nieuwe klassen materialen te introduceren."