Plastföroreningar utgör en global utmaning som måste lösas. Framför allt står förpackningar för 30–50 % av den totala plastförbrukningen. Även om pappersförpackningar är miljövänliga, saknar de viktiga funktioner som fuktbeständighet och styrka. Traditionella beläggningsmaterial förvärrar plastföroreningar, vilket leder till behovet av hållbara alternativ.
Polyeten (PE) och etenvinylalkohol (EVOH) används vanligtvis som beläggningsmaterial för att förbättra de låga barriäregenskaperna hos pappersförpackningar, men dessa ämnen bryts inte ner och förvärrar mikroplastföroreningar när de kasseras i den naturliga miljön.
Som svar på detta problem har förpackningsmaterial gjorda av biobaserade ämnen och biologiskt nedbrytbar plast utvecklats, men i de flesta fall, när förpackningens prestanda förbättras, minskar den biologiska nedbrytbarheten snabbt.
Ett gemensamt forskarlag ledd av professor Jaewook Myung från institutionen för bygg- och miljöteknik, professor Hanseul Yang från institutionen för biovetenskap och professor Jongcheol Seo från institutionen för förpackning och logistik vid Yonsei University tacklade utmaningen att balansera förpackningsprestanda och hållbarhet. De utvecklade framgångsrikt ett hållbart, marint biologiskt nedbrytbart, högpresterande pappersbeläggningsmaterial.
Arbetet publicerades i tidskrifterna Green Chemistry och Livsmedelskemi .
Teamet använde borsyratvärbunden poly(vinylalkohol) (PVA), en biologiskt nedbrytbar plast, för att belägga papperet, och därigenom förbättra dess biologiska nedbrytbarhet, barriäregenskaper och styrka. Det resulterande bestrukna papperet uppvisade överlägsen prestanda jämfört med konventionell plast, med utmärkta barriäregenskaper och fysisk styrka, även under fuktiga förhållanden.
Teamet genomförde också en djupgående undersökning av biologisk nedbrytning och biokompatibilitet för att systematiskt utvärdera hållbarheten hos det nyutvecklade bestrukna papperet. Biologisk nedbrytning utvärderades genom att simulera den marina miljön, känd för sina utmanande biologiska nedbrytbarhetsförhållanden.
Teamet använde en respiratorisk bioreaktor för att mäta graden av kolmineralisering till koldioxid. Efter 111 dagars biologisk nedbrytning fann man att det bestrukna papperet uppnådde 59–82 % biologisk nedbrytning beroende på beläggningskomponenten.
Fenomenet där marina bakterier bryter ned beläggningsmaterialet fångades genom ett svepelektronmikroskop. Dessutom bekräftades in vitro biokompatibilitet genom mänskliga embryonala njurar och embryonala musfibroblastceller, liksom hög in vivo biokompatibilitet för det bestrukna papperet verifierades genom musexperiment.
Genom denna studie föreslog det gemensamma forskarteamet en beläggningsstrategi som kan förbättra förpackningens prestanda samtidigt som hållbarheten upprätthålls för att åtgärda nackdelarna med pappersförpackningar. Det borsyra-tvärbundna PVA-belagda papperet eliminerar behovet av konstgjorda komposteringsförhållanden eller reningsanläggningar för avloppsvatten.
Eftersom det är biologiskt nedbrytbart i naturliga miljöer och kännetecknas av låg toxicitet, förvärrar detta nybestrukna papper inte miljöföroreningar när det kasseras av misstag. Det utgör således ett hållbart substitut för plastförpackningsmaterial.
Professor Jaewook Myung vid KAIST, som ledde hållbarhetsstudien av bestruket papper, sa:"Utvecklingen av en marin biologiskt nedbrytbar högpresterande pappersbeläggning är resultatet av att kombinera den innovativa teknologin från tre ledande forskarlag inom varje område. Vi kommer att fortsätta att utveckla hållbara material med utmärkt prestanda."
Professor Jongchul Seo vid Yonsei University, som ledde forskningen om utvecklingen av högpresterande pappersbeläggning, sa:"Genom denna forskning har vi utvecklat en hållbar pappersförpackningsteknik som kan ersätta icke-nedbrytbara plastförpackningar, och vi förväntar oss forskningen. resultat kommer att tillämpas i industrin."
Mer information: Shinhyeong Choe et al, Borsyra-tvärbunden poly(vinylalkohol):biologiskt nedbrytbar, biokompatibel, robust och högbarriär pappersbeläggning, Green Chemistry (2024). DOI:10.1039/D4GC00618F
Kitae Park et al, Effekt av epiklorhydrinbehandling på beläggningsprocessen och prestanda hos högbarriärpappersförpackningar, Food Chemistry (2024). DOI:10.1016/j.foodchem.2024.138772
Journalinformation: Livsmedelskemi , Grön kemi
Tillhandahålls av Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
