Попытка не допустить попадания пластика на свалки и одновременно удовлетворить потребности пищевой промышленности наталкивается на препятствия.
Биоразлагаемые заменители продуктов на основе нефти должны соответствовать всем стандартам, и до сих пор попытки создания жизнеспособных заменителей из возобновляемых источников имели ограниченный успех из-за технологических и экономических ограничений. Среди препятствий на сегодняшний день продукты слишком хрупкие для пищевой упаковки.
Но новое исследование Университета штата Огайо показало, что сочетание натурального каучука с биопластиком новым способом приводит к гораздо более сильной замене пластика, которая уже привлекает интерес компаний, стремящихся уменьшить свое воздействие на окружающую среду.
Почти все пластмассы (около 90 процентов) изготовлены из нефти и не поддаются биологическому разложению, что является серьезной проблемой для окружающей среды.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Polymers, исследовательская группа сообщает об успехе продукта из закаленного каучука, полученного в результате микробной ферментации, который, по их словам, может работать как обычный пластик. По мнению ученых, это новое исследование свидетельствует о наибольшем успехе в этой области.
«Предыдущие попытки создать эту комбинацию не увенчались успехом, потому что из-за мягкости резины продукт терял большую прочность в процессе», - сказал ведущий автор Сяоин Чжао, научный сотрудник Департамента пищевых наук и технологий штата Огайо..
Новое исследование включало плавление каучука в термопласт на растительной основе под названием PHBV вместе с органическим пероксидом и другой добавкой, называемой триметилолпропантриакрилат (TMPTA).
Конечный продукт был на 75 процентов прочнее и на 100 процентов более гибким, чем PHBV сам по себе, а это означает, что его гораздо легче превратить в упаковку для пищевых продуктов.
Другие исследовательские группы объединили каучук и PHBV, но продукты оказались слишком слабыми, чтобы выдержать все требования, предъявляемые к упаковке пищевых продуктов - от обработки до доставки и обработки в магазинах и дома, особенно контейнеров, которые используются для пищевых продуктов. заморозить, а затем разогреть в микроволновой печи, говорит ведущий автор исследования Яэль Водовоц, профессор пищевой науки и технологии в штате Огайо.
По ее словам, Повышенная гибкость без значительной потери прочности особенно важна, когда речь идет о пластиковой пленке, обычно используемой для упаковки всего, от свежих продуктов до замороженных продуктов.
В то время как другие попытки создать этот тип биопластика, усиленного каучуком, снизили прочность PHBV на целых 80 процентов, в этом исследовании было потеряно только 30 процентов прочности - гораздо более управляемая величина, Чжао сказал.
Улучшенная прочность отличается от прочности, объясняет соавтор исследования Катрина Корниш, эксперт по натуральному каучуку и профессор садоводства и растениеводства в штате Огайо.
"Представьте, что вы пытаетесь разорвать бетонный блок руками. Это проверяет его прочность. Но каратэ, разбивая его рукой или ногой, проверяет его прочность - насколько легко он ломается", - сказал Корниш.
"Вы никогда не сможете разорвать его на части, но если вы достаточно сильны, вы можете сломать его."
Большая часть внимания исследователей в настоящее время сосредоточена на потенциальном использовании различных биоразлагаемых и других экологически безопасных материалов, которые они могут использовать в качестве наполнителей для дальнейшего усиления смеси. Они обсудили использование «жмыха», оставшегося после того, как коллега-исследователь извлек масло из отработанной кофейной гущи. Кожура помидоров находится на рассмотрении, как и яичная скорлупа.
«Мы хотим что-то, что в противном случае было бы выброшено в отходы, что является устойчивым и относительно дешевым», - сказал Водовоц.
Они даже рассматривают возможность одновременного решения двух экологических проблем, видя, как инвазивные травы, которые экологи выдергивают из водоемов, могут играть с пропитанной каучуком смесью.
«Мы могли бы высушить их, измельчить и, возможно, использовать эти травы в качестве волокнистого наполнителя», - сказал Водовоц.
Помимо упакованных пищевых продуктов, биопластик потенциально может быть использован в других областях, связанных с пищевыми продуктами, таких как посуда и разделочные доски.
И исследователи надеются сотрудничать с коллегами, не занимающимися наукой о продуктах питания, чтобы рассмотреть другие области применения их продукта, такие как создание строительных материалов, перчаток для тех, кто работает в сфере общественного питания, или деталей для автомобилей и самолетов.
По мере того, как команда работает над тем, чтобы перенести свою технологию из лаборатории в пищевую промышленность, потребуется проработать множество деталей в зависимости от индивидуальных приоритетов и проблем компании, сказал Водовоц, и это может означать, что придется возиться с микс.
«По мере того, как мы все ближе и ближе подходим к работе с производителями продуктов питания, возникают конкретные вопросы, которые задают наши потенциальные партнеры», - сказал Водовоц. «Мы должны быть очень осторожны с тем, что мы используем в этом процессе, чтобы удовлетворить их потребности, а у них очень специфические параметры».
Центр передовых исследований в области обработки и упаковки предоставил финансирование для исследования.