koppar, kartonger och matomslag gjorda av papper kan verka som om de skulle vara biologiskt nedbrytbara, men många innehåller en plastbeläggning som inte kan komposteras. Även om de är plastfria, hållbara pappersprodukter är tillgängliga, de låter ofta fett och olja passera igenom, försvagar papperet och skapar en röra. I dag, forskare rapporterar att de har utvecklat en nedbrytbar polymerbeläggning som kan blockera detta läckage och kan leda till nya biologiskt nedbrytbara, pappersbaserade material.

Forskarna kommer att presentera sina resultat på höstmötet i American Chemical Society (ACS).

"Konsumenter driver en push till mer hållbara produkter, " Matthew Carter, Ph.D., huvudutredare för projektet. "Men att göra en helt nedbrytbar pappersprodukt för engångsapplikationer - som smörgåspapper, skålar och brickor du får på en cafeteria – är en stor utmaning, " tillägger Carter, vem som presenterar arbetet på mötet.

Nuvarande olje- och fettbeständiga beläggningar för engångspappersprodukter inkluderar ofta fluorkolväten eller polyolefiner, men dessa polymerer är miljöbeständiga och kan inte komposteras. "En av de saker som gör konventionella polymerer användbara är deras hållbarhet, " säger hans andra huvudutredare, Andrew Hejl, Ph.D., som arbetar med Carter på Dow. Den där segheten, som har sitt ursprung i de stabila kol-kolbindningar som bildas under polymerisation, är önskvärt i, säga, en latexbaserad husfärg som måste hålla i åratal men problematisk i en pappersskål avsedd för kompostering.

Ett sätt att göra polymerer mindre hållbara är att infoga nedbrytbara länkar för att störa deras kol-kol-ryggrad, säger Carter. Att göra så, forskarna vände sig till en teknik för polymerisation av fria radikaler som hade funnits i åratal men som inte hade blivit allmänt antagen. Jag noterar ett nyligen återuppstått intresse i den akademiska världen för att använda denna teknik med cykliska ketenacetal- och vinylmonomerer, Dow-teamet började utforska hur man kan översätta denna kemi till en industriell miljö. I akademin, reaktionen utfördes vanligtvis i organiska lösningsmedel, men Dow ville byta till vatten som ett "grönare" substitut. Det var svårt eftersom cykliska ketenacetalmonomerer är instabila i vatten, men forskarna åtgärdade det problemet genom att justera reaktionsförhållandena, inklusive pH, temperatur och monomerkoncentration.

Deras reaktion blandade den cykliska ketenacetalen 2-metylen-1, 3-dioxepan och vinylacetat för att bilda en polymer med esterbindningar i ryggraden. Teamet bestrykte sedan papper med en vattenbaserad emulsion av denna polymer - en syntetisk "latex" som inte är relaterad till naturligt latexgummi, och därför osannolikt att utlösa en allergisk reaktion - och låt det torka. De rapporterade nyligen att beläggningen gav en effektiv barriär mot olja och fett, och att dess esterbindningar kan bryta isär i vatten, ganska långsamt vid neutralt pH men snabbare vid högre pH under labbförhållanden. Nu, forskarna börjar bedöma beläggningens nedbrytbarhet under industriellt relevanta förhållanden. Hittills har de visat att mikroorganismer som används i industriella komposterare kan hjälpa till att bryta ned polymeren i simulerat avloppsvatten. "Konceptet är att ha en lång polymer som bryts ner till mindre bitar som i slutändan kommer att brytas ner av mikrober till CO ₂ , säger Hejl.

Andra forskare och företag har utvecklat biologiskt nedbrytbara livsmedelsserviceprodukter med beläggningar baserade på naturliga material som vassle eller kitosan. "Det är bra alternativ, men de har begränsningar när det gäller att få den prestanda du vill ha till ett lämpligt pris, " säger Hejl. Och vissa beläggningar måste appliceras som en mycket utspädd lösning, så mycket vatten måste förångas för att torka dem, han lägger till. "Så det finns många potentiella material, och jag tror inte att något ännu har markerat varje ruta." Men Dow-forskarna tror att deras beläggning bara kan fylla räkningen.

"Bara allmänt, om du tittar på konceptet att avbryta en stabil kol-kol-ryggrad med nedbrytbara länkar, som verkligen öppnar upp för många möjligheter utöver bara pappersbeläggningar, ", säger Carter. "Andra tillämpningar inkluderar personlig vård eller hemvårdsformuleringar, som schampo och golvpolish. Många av dessa material innehåller för närvarande syntetiska kol-kolbindningspolymerer. Så det här tillvägagångssättet kan vara ett kraftfullt sätt att introducera nedbrytbarhet till nya materialklasser i framtiden."