En klassisk origami-kran gjord av papper och belagd med Choetsu (vänster) och obestruken (höger). När den är nedsänkt i vatten behåller den bestrukna papperskranen sin form medan den obestrukna snabbt mättas med vatten och börjar sönderfalla. Kredit:©2022 Hiroi et al.
Det finns en betydande mängd forskning kring reduktion av plast för många och olika tillämpningar. För första gången har forskare hittat ett sätt att ge relativt hållbara pappersmaterial några av plastens användbara egenskaper. Detta kan göras enkelt, kostnadseffektivt och effektivt. En beläggning som heter Choetsu gör inte bara vattentät papper utan bibehåller också sin flexibilitet och bryts ner säkert.
Det är svårt att komma ifrån att plastmaterial i stort sett är skadliga för miljön. Du har säkert sett bilder av plastföroreningar som sköljer upp på stränder, förstör floder och dödar otaliga djur. Ändå verkar problemet ofta helt ur våra händer med tanke på att det finns plastmaterial i vardagen. Professor Zenji Hiroi från Institutet för fasta tillståndets fysik vid University of Tokyo och hans team undersöker hur materialvetenskap kan hjälpa, och deras senaste upptäckt syftar till att ersätta vissa användningsområden av plast med något mer hållbart:papper.
"Det största problemet med plastmaterial som jag ser det är deras oförmåga att brytas ned snabbt och säkert", säger Hiroi. "Det finns material som kan brytas ned på ett säkert sätt, som papper, men uppenbarligen kan papper inte uppfylla de stora användningsområdena plast kan. Men vi har hittat ett sätt att ge papper några av plastens fina egenskaper, men utan någon av de Vi kallar det Choetsu, en billig biologiskt nedbrytbar beläggning som ger vattentäthet och styrka till enkelt papper."
En sektion av Choetsu-bestruket papper en bråkdel av en millimeter tvärs över sett med olika typer av röntgenstrålar för att se fördelningen av föreningar. Si är kisel, C är kol och Ti är titan. Kredit:©2022 Hiroi et al.
Choetsu är en kombination av material som, när de appliceras på papper, spontant genererar en stark och vattentät film när den kommer i kontakt med fukt i luften. Beläggningen består av säkra och billiga kemikalier, mestadels metyltrimetoxisilan, lite isopropylalkohol och en liten mängd tetraisopropyltitanat. Pappersstrukturer, till exempel livsmedelsbehållare, sprayas med eller doppas i denna flytande blandning och torkas vid rumstemperatur. När det är torrt bildas ett tunt lager kiseldioxid innehållande metyl, en typ av alkohol, på cellulosa som utgör papperet, vilket ger de starka och vattentäta egenskaperna.
Dessutom skapar reaktioner som äger rum under beläggningsproceduren automatiskt ett lager av titandioxidnanopartiklar. Dessa ger upphov till en smuts- och bakterieavvisande egenskap som kallas fotokatalytisk aktivitet, som skyddar det belagda föremålet under en längre tid. Alla kemikalier som är involverade i beläggningen bryts ner med tiden till ofarliga saker som kol, vatten och sandliknande kisel.
En återgivning som visar kiseldioxidskiktet applicerat på ett ämne, inte begränsat till papper, och titannanopartiklar spridda överallt. Dessa kan ge en antimikrobiell effekt som illustreras av att bakterierna förstörs i centrum. Kredit:©2022 Hiroi et al.
"Den tekniska utmaningen är klar, och vissa applikationer skulle kunna realiseras snart, till exempel föremål för konsumtion, förpackning eller förvaring av mat," sa Hiroi. "Vi hoppas nu kunna använda detta tillvägagångssätt även på andra typer av material. Den flytande sammansättningen kan anpassas för andra material, och vi kan skapa en smuts- och mögelbeständig beläggning som kan bildas på glas, keramik och till och med annan plast för att utöka deras användbarhet. Tillsammans med forskaren Yoko Iwamiya, som har arbetat inom detta område ett tag nu, och resten av mitt team, hoppas jag att vi kan göra något verkligt fördelaktigt för världen."
Studien visas i Industrial &Engineering Chemistry Research . + Utforska vidare
