Экологичный высокоэффективный материал для покрытия бумаги может снизить загрязнение микропластиком

Важные новости

Экологичная, высокоэффективная бумага Материал покрытия может уменьшить загрязнение микропластиком

(a) Химическая структура покрытия из поли(винилового спирта), сшитого борной кислотой, на бумаге, (b-c) Барьерные свойства для кислорода и водяного пара, (d-f) Прочность на разрыв в сухих и влажных условиях. OTR: Скорость передачи кислорода, WVTR: Скорость передачи водяного пара. Фото: Корейский передовой институт науки и технологий (KAIST)

Пластиковое загрязнение представляет собой глобальную проблему, которую необходимо решить. В частности, на упаковку приходится 30–50% от общего потребления пластика. Хотя бумажная упаковка экологична, ей не хватает таких важных функций, как влагостойкость и прочность. Традиционные материалы для покрытия усугубляют загрязнение пластиком, вызывая необходимость в экологически чистых альтернативах.

Полиэтилен (ПЭ) и этиленвиниловый спирт (EVOH) обычно используются в качестве материалов покрытия для улучшения низких барьерных свойств бумажной упаковки, однако эти вещества не разлагаются и не ухудшают загрязнение микропластиком при утилизации в естественной среде.

< p>В ответ на эту проблему были разработаны упаковочные материалы, изготовленные из веществ на биологической основе и биоразлагаемых пластиков, но в большинстве случаев по мере улучшения характеристик упаковки биоразлагаемость быстро снижается.

Совместная исследовательская группа под руководством профессора Джэук Мёна с факультета гражданского и экологического строительства, профессора Хансыля Янга с факультета наук о жизни и профессора Чонгчеля Со с факультета упаковки и логистики Университета Йонсей решила проблему балансировки производительности упаковки и устойчивость. Они успешно разработали устойчивый морской биоразлагаемый высокоэффективный материал для покрытия бумаги.

Работа была опубликована в журналах Green Chemistry и Food Chemistry.

Экологичное, высокоэффективное покрытие для бумаги материал может уменьшить загрязнение микропластиком

(a) Обычная бумага и бумага с покрытием из поли(винилового спирта), сшитая борной кислотой, (b) Биодеградация бумаги с покрытием морскими бактериями, (c) Результат теста на цитотоксичность с использованием клеток эмбриональной почки человека и эмбриональных фибробластов мыши. ( d ) Жизненно важные органы после месячного воздействия бумаги с покрытием на мышей. Фото: Корейский передовой институт науки и технологий (KAIST)

Команда использовала поли(виниловый спирт) (ПВА), сшитый борной кислотой, биоразлагаемый пластик, для покрытия бумаги, тем самым улучшая ее биоразлагаемость, барьерные свойства и сила. Полученная бумага с покрытием показала превосходные характеристики по сравнению с обычными пластиками, обладая отличными барьерными свойствами и физической прочностью даже во влажных условиях.

Команда также провела углубленное исследование биоразложения и биосовместимости, чтобы систематически оценить устойчивость недавно разработанной мелованной бумаги. Биодеградация оценивалась путем моделирования морской среды, известной своими сложными условиями биоразложения.

Команда использовала биореактор на базе дыхательной системы для измерения степени минерализации углерода в углекислый газ. После 111 дней биоразложения было обнаружено, что мелованная бумага достигла 59–82% биоразложения в зависимости от компонента покрытия.

Явление, при котором морские бактерии разлагают материал покрытия, было зафиксировано с помощью сканирующего электронного микроскопа. Кроме того, биосовместимость in vitro была подтверждена с помощью клеток эмбриональной почки человека и эмбриональных фибробластов мыши, а высокая биосовместимость мелованной бумаги in vivo была подтверждена с помощью экспериментов на мышах.

В ходе этого исследования совместная исследовательская группа предложила стратегию покрытия, которая может улучшить характеристики упаковки, сохраняя при этом устойчивость и устраняя недостатки бумажной упаковки. Бумага с ПВА-покрытием, сшитым борной кислотой, устраняет необходимость в условиях искусственного компостирования или очистных сооружениях.

Благодаря биоразлагаемости в естественной среде и низкой токсичности эта бумага с новым покрытием не усугубляет загрязнение окружающей среды при случайном использовании. отброшено. Таким образом, он представляет собой экологически чистую замену пластиковым упаковочным материалам.

Экологичное, высокоэффективное покрытие для бумаги материал может уменьшить загрязнение микропластиком

Сценарий окончания срока службы бумаги, покрытой ПВА, сшитым БА, в морской среде. Бумага с покрытием потенциально может быть разрушена морскими микроорганизмами, океанскими волнами и приливами. Деполимеризация ПВС-покрытия и бумаги затем опосредуется внеклеточными деполимеразами, такими как оксидазы и целлюлазы, после чего небольшие субъединицы (олигомеры и мономеры) ассимилируются микробными клетками. Углеродные компоненты мелованной бумаги в конечном итоге минерализуются в CO2, не нанося вреда океану. Фото: Корейский институт передовых наук и технологий (KAIST)

Профессор Джэук Мьюнг из KAIST, который руководил исследованием устойчивости мелованной бумаги, сказал: «Разработка морского биоразлагаемого высокоэффективного покрытия для бумаги является результатом объединения инновационных технологий трех ведущих исследовательских групп в каждой области. Мы продолжим разрабатывать экологичные материалы с превосходными характеристиками».

Профессор Джонгчул Со из Университета Ёнсей, возглавлявший исследования по разработке высокоэффективного покрытия для бумаги, сказал: «Благодаря этому исследованию мы разработали экологически чистую бумажную упаковку. технология, которая может заменить неразлагаемую пластиковую упаковку, и мы ожидаем, что результаты исследований будут применяться в промышленности».

Дополнительная информация: Шинхён Чхве и др. , Поливиниловый спирт, сшитый борной кислотой: биоразлагаемое, биосовместимое, прочное и высокобарьерное бумажное покрытие, Зеленая химия (2024). DOI: 10.1039/D4GC00618F

Китае Парк и др., Влияние обработки эпихлоргидрином на процесс нанесения покрытия и характеристики высокобарьерной бумажной упаковки, Food Chemistry (2024). DOI: 10.1016/j.foodchem.2024.138772

Информация журнала: Пищевая химия, зеленая химия

Предоставлено Корейским передовым институтом науки и технологий (KAIST)

Новости сегодня

Последние новости