När de väl har slängts kan engångsartiklar som blöjor och bindor ta hundratals år att sönderfalla, eftersom deras absorberande delar och vattentäta lager innehåller plast och andra syntetiska polymerer. Men nu ersätter forskare dessa material med porösa komponenter gjorda av proteinbiomassa som ofta kasseras av livsmedels- och jordbruksindustrin. Dessa komponenter är hållbara och biologiskt nedbrytbara och skulle potentiellt kunna tillåta framtida blöjor och bindor att spolas ner i en toalett eller användas som gödningsmedel.
Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid American Chemical Societys (ACS) vårmöte.
Antonio Capezza, som kommer att presentera forskningen på mötet, säger att i Europa avråder regelverk användningen av vissa petroleumbaserade plaster i engångsvaror. Det finns dock inga tydliga riktlinjer eller bestämmelser för att förbjuda dessa plaster i blöjor, bindor och andra sanitetsartiklar för engångsbruk, konstaterar han, eftersom en bra ersättning inte har funnits tillgänglig.
"Men vi hoppas kunna ändra på det med våra proteinbaserade material", säger han.
Naturligtvis undviker tvättbara blöjor plastfrågan helt, men han säger att få vårdgivare vill använda dem. Han siktar på att tillhandahålla en annan typ av hållbar, icke-förorenande lösning till människor som vill fortsätta använda engångshygienprodukter.
"Acceptansgraden blir mycket högre än om du kommer till en kund och säger "Okej, nu måste du tvätta dina blöjor", förklarar Capezza, forskare på divisionen polymera material vid Kungliga Tekniska Högskolan i Sverige.
Ironiskt nog hade projektet sitt ursprung i en demonstration utformad för att lära eleverna vad som kan gå fel i labbet. Capezza visade dem hur man gör bioplastfilament med hjälp av proteiner. För att efterlikna effekten av oönskad fuktighet tillsatte han våt bomull, vilket fick blandningen att skumma. När produkten torkat insåg han att materialet hade blivit superporöst, vilket betyder att det kunde suga upp vätska som en svamp.
"Så det var en slags olycka, men en bra sådan, för det ledde oss till en helt ny forskningslinje", säger han. Capezza samarbetar med forskare vid KTH, Sveriges Lantbruksuniversitet och andra institutioner, däribland Simón Bolívar University i Venezuela, University of Tokyo i Japan och University of Sevilla i Spanien.
Vissa bomullsbaserade alternativ till sanitetsprodukter av plast finns redan på marknaden, men de är beroende av jungfrulig bomull och kan behöva blekning eller annan kemisk behandling för sin produktion. På jakt efter en mer hållbar materialkälla identifierade Capezzas team proteiner och andra naturliga molekyler som blivit över från livsmedels- och jordbruksproduktion som annars skulle kunna deponeras eller förbrännas; till exempel zein från majs, gluten från vete och naturliga antioxidantextrakt.
Forskarna blandade ihop proteinerna i olika proportioner och tillsatte vatten och bikarbonater, som bakpulver, som skummedel; sötningsmedlet glycerol som ett mjukningsmedel; och naturliga extrakt som konserveringsmedel.
Teamet använde sedan utrustning och bearbetningstekniker från plastindustrin, inklusive extrudering, för att tillverka olika komponenter som vanligtvis finns i dynor och blöjor. I likhet med en pastatillverkare gjorde extrudern det möjligt för teamet att producera filament och platta ark samtidigt som de tillät dem att skumma materialen. Med dessa tekniker producerade forskarna ett platt "nonwoven" skikt som förblev torrt vid beröring samtidigt som vätskan snabbt kunde passera; ett fluffigt poröst material med superabsorberande egenskaper som fångar upp vätska; och vattentäta filmer för att skydda ytterplagg.
Som ett bevis på konceptet satte forskarna ihop dessa komponenter för att göra proteinbaserade absorberande prototyper som liknade engångshygienprodukter. När de väl exponerats för vatten eller jord, bröts materialen ned fullständigt biologiskt på några veckor. På grund av materialens proteinursprung frigjorde denna nedbrytning kol, kväve, fosfor, aminosyror och andra föreningar som naturen kan återanvända som näringsämnen.
Med vidareutveckling, säger Capezza, kan detta leda till engångshygienprodukter som kan spolas. Alternativt, efter användning, kan dessa produkter (eller annat avfall som produceras vid tillverkningsstadiet) komposteras för att gödsla grödor, såsom majs och vete, vilket i sin tur skulle utgöra utgångsmaterial för att tillverka nya sanitetsprodukter.
"Så det är en helt cirkulär design," tillägger Capezza. Forskarna har redan visat att växter får längre löv och rötter när de utsätts för denna kompost. "Och våra tester har visat att eftersom det är proteinbaserat finns det ingen som helst risk att dessa produkter förorenar jorden med mikroplaster eller andra oönskade kemikalier när de bryts ner", konstaterar Capezza.
Proteinbaserade sanitetsprodukter skulle vara cirka 10 % till 20 % dyrare än traditionella plastblöjor och bindor, uppskattar Capezza. Prestandan hos proteinbindor liknar den hos konventionella bindor. Å andra sidan är proteinblöjor inte lika absorberande som sina plastmotsvarigheter. Det betyder att proteinblöjor antingen måste vara tjockare eller så måste deras formulering anpassas för att förbättra absorptionen.
För att öka vätskeupptaget och den mekaniska styrkan undersöker forskarna nu tillsatsen av lignocellulosa, en blandning av lignin och cellulosa som finns i växter. Detta material är en lågvärdig biprodukt från jordbruks- och skogsbrukssektorerna. Resultaten hittills visar att dess tillägg bringar prestanda nära den för konventionella blöjor.
Teamet förbereder nu för pilotstudier för att testa möjligheten att skala upp produktionen. Ytterligare utvärderingar, inklusive tester för mänsklig hudirritation, kommer att behöva göras innan någon av dessa produkter kan komma ut på marknaden, säger Capezza.
Tillhandahålls av American Chemical Society
