Комбинирование натурального каучука с биопластиком приводит к гораздо более прочной замене пластмассы, которая уже привлекает интерес компаний, заботящихся об экологии.
Стремление не допустить пластиковую свалку и одновременно удовлетворить потребности пищевой промышленности сопряжено с множеством препятствий.
Биоразлагаемый заменитель пакетов на основе нефти должен соответствовать всевозможным стандартам, и до сих пор попытки жизнеспособных заменителей имели очень ограниченный успех. Среди основных препятствий – биоразлагаемые пакеты были слишком хрупкими для упаковки пищевых продуктов.
Но новое исследование, проведенное в Университете штата Огайо, показало, что комбинирование новым способом натурального каучука с биопластиком приводит к гораздо более прочной замене пластмассы, которая уже привлекает интерес компаний, стремящихся уменьшить экологические следы на Земле.
Почти все пластмассы - около 90 процентов - основаны на нефти и не разлагаются микроорганизмами, что является серьезной экологической проблемой.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Polymers, исследовательская группа сообщает об успехе продукта, упрочненного резиной, полученного в результате микробной ферментации, который, по их словам, может работать как обычный пластик. Это новое исследование стало наибольшим прорывом в этой области, по словам ученых.
«Предыдущие попытки этой комбинации были безуспешными, потому что мягкость каучука означала, что продукт потеряет много прочности в процессе», - сказал ведущий автор Сяоин Чжао, научный сотрудник департамента пищевой науки и технологии штата Огайо.
Новое исследование включало плавление каучука в растительный термопласт, называемый PHBV, вместе с органическим пероксидом и другой добавкой, называемой триметилолпропан триакрилатом (TMPTA).
Новая смесь биопластика и каучука, разработанная исследователями штата Огайо, оказалась гораздо более долговечной, чем обычный биопластик.
Credit: Ohio State University
Конечный продукт был на 75 процентов прочнее и на 100 процентов более гибким, чем PHBV сам по себе - это означает, что его гораздо легче преобразовать в пищевую упаковку.
Другие исследовательские группы объединяли резину и PHBV, но продукты были слишком непрочными, чтобы выдержать все требования к упаковке для пищевых продуктов - от обработки до доставки, до обработки в магазинах и домах, особенно в контейнерах, которые используются для замораживания, а затем в микроволновой печи, - сказал старший автор исследования, Яэль Водовотц, профессор пищевой науки и техники в штате Огайо.
По ее словам, повышенная гибкость, без значительной потери прочности, особенно важна, когда речь идет о пластиковых пленках, которые обычно используются для упаковки всего, от свежих продуктов до замороженных продуктов.
В то время как другие попытки сделать этот тип усиленного резиной биопластика снизили прочность PHBV на целых 80 процентов, в этом исследовании было потеряно только 30 процентов прочности - гораздо более приемлемое количество, сказал Чжао.
Большая часть внимания исследователей в настоящее время сосредоточена на потенциальном использовании различных биоразлагаемых и, в остальном, экологически безопасных материалов, которые они могут использовать в качестве наполнителей для дальнейшего усиления смеси. Они обсуждали использование масла из отработанного кофейного зерна, томатной кожуры, яичной скорлупы.
«Мы хотим чего-то, что в противном случае было бы бесполезным, а также относительно дешевым», - сказал Водовотц.
Они даже рассматривают возможность атаковать две экологические проблемы одновременно, видя, как инвазивные травы, которые экологи истребляют, могут играть с смесью, наполненной каучуком.
«Мы могли бы высушить их, размолоть и потенциально использовать эти травы в качестве волокнистого наполнителя», - сказал Водовотц.
Помимо упаковки пищевых продуктов биопластик может потенциально использоваться в других пищевых приложениях, таких как посуда и разделочные доски.
И исследователи надеются сотрудничать с коллегами за пределами науки о продуктах питания, чтобы рассмотреть другие применения для своего продукта, такие как создание строительных материалов, перчаток для тех, кто работает в сфере общественного питания, или деталей для автомобилей и самолетов.
Источник: Xiaoying Zhao, Katrina Cornish, Yael Vodovotz. Synergistic Mechanisms Underlie the Peroxide and Coagent Improvement of Natural-Rubber-Toughened Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) Mechanical Performance. Polymers, 2019; 11 (3): 565 DOI: 10.3390/polym11030565