Michigan State Universitys Muhammad Rabnawaz har skapat en ny beläggning för pappersförpackningar som är både ekonomisk och miljövänlig.

Beläggningen, utvecklad av Rabnawaz's Sustainable Materials Group, skyddar pappersförpackningar från olja och vatten – vilket gör det användbart för saker som papperstallrikar och juicelådor – med miljövänliga ingredienser.

"Om det kommer ner i vattnet, om det kommer in i havet, det kommer att sönderfalla, sa Rabnawaz, en biträdande professor vid School of Packaging, som delade beläggningens senaste formulering online den 18 januari i Journal of Applied Polymer Science .

Detta är en uppgradering jämfört med många befintliga pappersprodukter som förlitar sig på elastiska polymerer som kallas termoplaster för att hålla det underliggande papperet torrt och stadigt när du håller mat eller dryck.

"Obestruket papper kommer att läcka, " sa Rabnawaz, vilket är en brist som sannolikt har slagit igenom hos alla som har litat på att en pappersmugg håller sitt varma te eller kaffe. "Så lösningen har varit att laminera den med plast."

Plasten, dock, är för bra på sitt jobb. Det fortsätter att skydda papperet, även efter att den har kastats ut. Detta har två stora nackdelar.

För en, papperet kan inte återvinnas med plasten som klamrar sig fast vid det. För det andra, dessa pappersförpackningsprodukter kan lätt hamna i vattendrag, lägga skräp till sjöar, hav och bäckar.

"Det finns vågor. Det finns tidvatten. Det finns UV-ljus från solen, ", sa Rabnawaz. "Det är det perfekta receptet att förvandla materialet från papperet till mikroplast."

Mikroplaster är små plastfragment som förorenar akvatiska ekosystem och tar sig in i vattnet och skaldjur som människor konsumerar, medför okända hälsokonsekvenser.

Tillverkare har utforskat alternativ till plastbeläggningar, men de brukar komma med andra problem. Ett av de mer populära alternativen involverar beläggningar som tillhör PFAS-familjen av "för alltid kemikalier". PFAS är en förkortning för perfluoralkyl- och polyfluoralkylsubstanser, som utgör deras egna hälsoproblem.

"Frågan vi ställde var kan vi bli av med plasten som blir mikroplast utan att använda PFAS, sa Rabnawaz.

För att svara på detta, han tog hjälp av sitt spartanska team:doktorander Aditya Nair och Dhwani Kansal; forskningsassistent Ruoqi Ping; och nyligen Ph.D. mottagaren Li Zhao.

Gruppen formulerade en beläggning baserad på biokompatibla och biologiskt nedbrytbara komponenter. Beläggningen innehåller en olja som används i kontaktlinser, en vattenlöslig polymer som kallas polyvinylalkohol och en naturlig stärkelseliknande polymer som härrör från skaldjur (vilket skiljer sig från skaldjursproteinerna som utlöser allergiska reaktioner).

Även om denna komposition använder polymerer, ingen är motståndskraftig som de termoplaster som för närvarande används i pappersprodukter, sa Rabnawaz.

"All plast är polymerer, men inte alla polymerer är plast, " sa han. Den nya beläggningen bryts ner till vatten, koldioxid och andra inerta molekyler istället för att dröja kvar i miljön som mikroplaster.

"En annan bra sak är, när papperet är återupplöst, du kan ta bort beläggningen, " han lade till, vilket gör att papperet kan återvinnas. "Papper blir precis som orörda papper och du kan använda det om och om igen."

Även om beläggningen motiverades av miljö- och folkhälsoproblem, Rabnawaz team utvecklade det också med ett öga mot ekonomi.

Till exempel, kitosan är naturligt rikligt, men USA förbereder inte mycket av det för tillverkning. Så spartanerna kom på hur man införlivar polyvinylalkohol, som är mer lättillgänglig och billigare. Det är vad tvättkapslar använder för att kapsla in sitt tvättmedel. Denna tillsats minskar mängden kitosan som krävs för att göra beläggningen, vilket resulterar i en mer kommersiellt gångbar produkt.

Rabnawaz har redan lämnat in två patent relaterade till beläggningen – vilket har lagts till i hans flera ansökningar sedan han gick med i MSU 2016 – och börjat dela prover med intresserade företag.

"Vi jobbar definitivt med kommersialisering, sa Rabnawaz.