Atıkları çöplüklere atılan ve okyanusları kirleten plastik ambalajlar dünyamızın her yerinde mevcuttur ve burada bozunması yüzyıllar sürebilmektedir.
Bu çevresel yükü hafifletmek için endüstri, geleneksel plastiklerin yerine yenilenebilir biyopolimerleri benimsemeye çalıştı. Ancak sürdürülebilir ambalaj geliştiricileri, gıda, ilaç ve hassas elektroniklerin korunmasında kritik bir bariyer olan nem ve oksijenin engellenmesinde engellerle karşılaştı.
Şimdi, Georgia Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, bitkilerde, mantarlarda ve gıda atıklarında bulunan doğal bileşenlerden yapılmış, nemi ve oksijeni geleneksel plastikler kadar etkili bir şekilde engelleyebilen biyolojik bazlı bir film geliştirdiler. Bulguları yakın zamanda yayınlandı ACS Uygulamalı Polimer Malzemeler.
Georgia Tech Kimya ve Biyomoleküler Mühendislik Okulu’ndan (ChBE@GT) profesör ve Yenilenebilir Biyoürünler Enstitüsü’nün genel müdürü Carson Meredith, “Yüzlerce hatta binlerce yıl boyunca çevreyi kirletmeyecek ambalajlar üretmek için doğada zaten bol miktarda bulunan ve orada bozunan malzemeleri kullanıyoruz” dedi. “Biyolojik olarak parçalanabilen bileşenlerden oluşan filmlerimiz, gıdaları taze ve güvenli tutma konusunda geleneksel plastiklerin performansına rakip oluyor veya onları aşıyor.”
Meredith’in araştırma ekibi on yıldan fazla bir süredir ambalajlama için çevre dostu oksijen ve su bariyerleri geliştirmek için çalışıyor. Biyopolimerlerin kullanıldığı daha önceki araştırmalar umut verici olsa da, yüksek nem, bariyer özelliklerini zayıflatmaya devam etti.
Ancak Meredith ve işbirlikçileri bu doğal bileşenlerin bir karışımını kullanarak bir çözüm buldular: selüloz (bitkilere yapısını veren), kitosan (kabuklu hayvan bazlı gıda atıklarından veya mantarlardan elde edilir) ve sitrik asit (turunçgillerden).
ChBE@GT’de eski bir doktora sonrası araştırmacı olan baş yazar Yang Lu, “Bu malzemeleri çapraz bağlayarak ve bir ısıl işlem ekleyerek, tropikleri simüle eden sıcak ve nemli koşullarda bile hem nem hem de oksijen iletimini azaltan ince bir film oluşturduk” dedi.
Araştırmacılar tarafından geliştirilen bariyer teknolojisi üç ana bileşenden oluşuyor: yapı için bir karbonhidrat polimeri, esnekliği korumak için bir plastikleştirici ve neme direnmek için su itici bir katkı maddesi. İnce filmlere döküldüğünde bu bileşenler, yüksek nem altında şişmeye veya yumuşamaya karşı dirençli, yoğun, düzenli bir yapı oluşturmak üzere moleküler düzeyde kendi kendine organize olurlar.
Filmler, %80 bağıl nemde bile son derece düşük oksijen geçirgenliği ve su buharı iletimi göstererek poli(etilen tereftalat) (PET) ve poli(etilen vinil alkol) (EVOH) gibi yaygın plastiklerle eşleşiyor veya onlardan daha iyi performans gösteriyor.
Georgia Tech Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu (MSE) profesörü ve başkanı ve ChBE@GT’de profesör olan Natalie Stingelin, “Yaklaşımımız yalnızca yenilenebilir değil aynı zamanda mekanik olarak da dayanıklı engeller yaratarak ambalajlama uygulamalarında geleneksel plastiklere umut verici bir alternatif sunuyor” dedi.
