Wetenschap
Duurzaam, hoogwaardig papiercoatingmateriaal zou de vervuiling door microplastic kunnen verminderen
Plasticvervuiling vormt een mondiaal probleem dat moet worden opgelost. Vooral verpakkingen zijn verantwoordelijk voor 30-50% van het totale plasticverbruik. Hoewel papieren verpakkingen milieuvriendelijk zijn, missen ze cruciale functionaliteiten zoals vochtbestendigheid en sterkte. Traditionele coatingmaterialen verergeren de plasticvervuiling, waardoor de behoefte aan duurzame alternatieven ontstaat.
Polyethyleen (PE) en ethyleenvinylalcohol (EVOH) worden doorgaans gebruikt als coatingmateriaal om de lage barrière-eigenschappen van papieren verpakkingen te verbeteren, maar deze stoffen ontbinden niet en verergeren de microplasticvervuiling wanneer ze in de natuurlijke omgeving worden weggegooid.
Als reactie op dit probleem zijn verpakkingsmaterialen ontwikkeld die zijn gemaakt van biogebaseerde stoffen en biologisch afbreekbare kunststoffen, maar in de meeste gevallen neemt de biologische afbreekbaarheid snel af naarmate de prestaties van de verpakking verbeteren.
Een gezamenlijk onderzoeksteam onder leiding van professor Jaewook Myung van de afdeling Civiele Techniek en Milieutechniek, professor Hanseul Yang van de afdeling Levenswetenschappen en professor Jongcheol Seo van de afdeling Verpakking en Logistiek van de Yonsei Universiteit gingen de uitdaging aan om de prestaties van verpakkingen in evenwicht te brengen en duurzaamheid. Ze hebben met succes een duurzaam, biologisch afbreekbaar, hoogwaardig papiercoatingmateriaal ontwikkeld.
Het werk werd gepubliceerd in de tijdschriften Green Chemistry en Voedselchemie .
Het team gebruikte met boorzuur verknoopt poly(vinylalcohol) (PVA), een biologisch afbreekbare kunststof, om het papier te coaten, waardoor de biologische afbreekbaarheid, barrière-eigenschappen en sterkte ervan werden verbeterd. Het resulterende gecoate papier vertoonde superieure prestaties vergeleken met conventionele kunststoffen, met uitstekende barrière-eigenschappen en fysieke sterkte, zelfs in vochtige omstandigheden.
Het team voerde ook een diepgaand onderzoek uit naar biologische afbraak en biocompatibiliteit om de duurzaamheid van het nieuw ontwikkelde gecoate papier systematisch te evalueren. De biologische afbreekbaarheid werd beoordeeld door het mariene milieu te simuleren, dat bekend staat om zijn uitdagende omstandigheden op het gebied van biologische afbreekbaarheid.
Het team gebruikte een op het ademhalingssysteem gebaseerde bioreactor om de mate van koolstofmineralisatie tot koolstofdioxide te meten. Na 111 dagen biologische afbraak bleek dat het gecoate papier een biologische afbraak van 59-82% bereikte, afhankelijk van de coatingcomponent.
Het fenomeen waarbij zeebacteriën het coatingmateriaal afbreken, werd vastgelegd door een scanning-elektronenmicroscoop. Bovendien werd de in vitro biocompatibiliteit bevestigd door menselijke embryonale nier- en muizenembryofibroblastcellen, en werd de hoge in vivo biocompatibiliteit van het gecoate papier geverifieerd door middel van muisexperimenten.
Via deze studie heeft het gezamenlijke onderzoeksteam een coatingstrategie voorgesteld die de verpakkingsprestaties kan verbeteren en tegelijkertijd de duurzaamheid kan handhaven om de nadelen van papieren verpakkingen aan te pakken. Het met boorzuur verknoopte PVA-gecoate papier elimineert de noodzaak van kunstmatige compostering of rioolwaterzuiveringsinstallaties.
Omdat dit nieuw gecoate papier biologisch afbreekbaar is in natuurlijke omgevingen en wordt gekenmerkt door een lage toxiciteit, verergert het de milieuvervuiling niet als het per ongeluk wordt weggegooid. Het vormt dus een duurzaam alternatief voor plastic verpakkingsmaterialen.
Professor Jaewook Myung van KAIST, die de duurzaamheidsstudie van gecoat papier leidde, zei:“De ontwikkeling van een maritiem biologisch afbreekbare hoogwaardige papiercoating is het resultaat van het combineren van de innovatieve technologieën van drie toonaangevende onderzoeksteams op elk gebied. duurzame materialen ontwikkelen met uitstekende prestaties."
Professor Jongchul Seo van de Yonsei Universiteit, die het onderzoek naar de ontwikkeling van hoogwaardige papiercoating leidde, zei:“Door dit onderzoek hebben we een duurzame papieren verpakkingstechnologie ontwikkeld die niet-afbreekbare plastic verpakkingen kan vervangen, en we verwachten dat het onderzoek uitkomst zal worden toegepast in de industrie."