Krabben, hier een kokoskrab, en bomen vormen de grondstof voor de nieuwe flexibele folie.

Nieuw materiaal uit krabbenschalen en bomen zou plastic verpakkingsfolie kunnen vervangen

Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology hebben een materiaal gecreëerd op basis van krabbenschalen en vezels uit bomen ,dat het potentieel heeft om de flexibele plastic vershoudfolie voor voedingswaren te vervangen. Het nieuwe materiaal is biologisch afbreekbaar, en het wordt gemaakt door verschillende lagen chitine uit krabbenschalen en cellulose uit bomen over elkaar te spuiten, wat een flexibele, doorzichtige folie geeft.

"De belangrijkste maatstaf waarmee we het vergelijken is PET, polyethyleentereftalaat, onder de transparante verpakkingen die je vindt in voedselautomaten en zachte drankflessen een van de meest voorkomende, uit petroleum gemaakte materialen", zei J. Carson Meredith, een professor aan de School of Chemical and Biomolecular Engineering van het Georgia Institute of Technology (Georgia Tech).

"Ons materiaal laat een vermindering zien van 67 procent van de doorlaatbaarheid voor zuurstof tegenover sommige soorten PET, wat betekent dat het in theorie voedsel langer en beter vers kan houden", zo zei hij in een persmedeling van Georgia Tech. 

Nanovezels

Cellulose, dat afkomstig is van planten, is de meest voorkomende natuurlijke biopolymeer, gevolgd door chitine, dat gevonden wordt in de schalen van schaaldieren en de schilden van insecten, en in zwammen. Een polymeer is een zeer grote molecule, vaak een keten, die bestaat uit een herhaling van kleinere aan elkaar gekoppelde moleculen, een biopolymeer is een biologische vorm daarvan. 

Het team bedacht een methode om een film te creëren door nanovezels - erg kleine vezels - van cellulose en chitine in suspensie in water te houden, en ze op een oppervlak te spuiten in alternerende lagen. Eens het materiaal volledig gedroogd is, is het flexibel, sterk, doorzichtig en composteerbaar. 

"We waren al verschillende jaren cellulose-nanokristallen aan het bekijken, en manieren aan het onderzoeken om die te verbeteren voor gebruik in lichtgewicht composietmaterialen en ook in voedselverpakkingen, vanwege de enorme marktmogelijkheden voor hernieuwbare en composteerbare verpakkingen", zei professor Meredith, die eraan toevoegde dat het verpakken van voedsel in het algemeen zeer belangrijk zal worden met de toename van de wereldbevolking.  

Het team was voor een andere reden ook chitine aan het bekijken, en de onderzoekers begonnen zich af te vragen of dat ook enig nut zou kunnen hebben in voedselverpakkingen. 

"We zagen in dat, omdat de chitine-nanovezels positief geladen zijn, en de cellulose-nanokristallen negatief, ze goed zouden kunnen werken als alternerende lagen in een coating, omdat ze een mooi raakvlak zouden vormen", zei Meredith in de mededeling van Georgia Tech. 

Professor Meredith met een staal van het nieuwe verpakkingsmateriaal. Copyright_2018_Georgia_Institute_of_Technology/Allison Carter

Kristalstructuur

Verpakkingsmateriaal dat bedoeld is om voedsel goed te houden, moet verhinderen dat er zuurstof doorheen komt. Een deel van de reden waarom het nieuwe materiaal als gasbarrière een verbetering is tegenover de traditionele plastic verpakking, zit in de kristalstructuur van de folie. 

"Het is moeilijk voor een gasmolecule om door een vast kristal te geraken, omdat ze de kristalstructuur moet verbreken", zei Meredith. "Iets zoals PET aan de andere kant, heeft een aanzienlijke hoeveelheid amorfe of niet-kristallijne inhoud, dus er zijn meer gemakkelijke paden voor een kleine gasmolecule om erdoor te geraken." 

Milieu-activisten zoeken al lang naar hernieuwbare alternatieven om van petroleum afgeleide materialen te vervangen in consumptiegoederen. Met de hoeveelheid cellulose die nu al geproduceerd wordt, en een ruime toevoer van chitine-rijke afvalproducten uit de schaaldieren-industrie, is er waarschijnlijk meer dan genoeg materiaal beschikbaar om van de nieuwe folie een leefbaar alternatief te maken voor flexibel verpakkingsmateriaal, zei Meredith. 

Maar er is nog werk aan de winkel. Om het nieuwe materiaal eventueel concurrentieel te maken op het gebied van prijs, zal er een productieproces ontwikkeld moeten worden dat het schaalvoordeel kan maximaliseren, dat met andere woorden op grote schaal kan produceren zodat de prijs per eenheid daalt.

En terwijl de industriële processen om op grote schaal cellulose te produceren al "volwassen" zijn, staan de methodes om chitine te produceren nog in hun kinderschoenen, zei Meredith. Bovendien is er nog meer onderzoek nodig om het vermogen van het nieuwe materiaal te verbeteren om waterdamp tegen te houden. 

De studie van Meredith en zijn team over het nieuwe verpakkingsmateriaal is gepubliceerd in "ACS Sustainable Chemistry and Engineering".