Naturprodukt ersetzt Kunststoff als Verpackung
Entwickelte zellulosebasierte Folie von Forschern der Aalto University ist reiß- sowie wasserfest
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Zellulosebasierte Folie: könnte eines Tages Plastikmüll vermeiden (Foto: Erfan Kimiaei, aalto.fi/en) |
Helsinki (pte002/10.11.2022/06:00)
Im Verpackungssektor und in anderen Bereichen lassen sich Kunststoffe künftig durch weitgehend natürliche Materialien ablösen, wie Forscher der Aalto University berichten. Ihnen ist es gelungen, starke und flexible Zellulosefilme herzustellen, die auch bei Nässe noch unglaublich stabil sind. Das Material wird durch eine Kombination aus holzbasierten und biologisch abbaubaren Polymeren gewonnen.
Bisher nur trocken nutzbar
Zellulosematerialien, die aus den Zellwänden von Pflanzen stammen, haben sich als attraktiver, umweltverträglicher Ersatz für traditionelle Kunststoffe herausgestellt. Allerdings sind sie nur in einer trockenen Umgebung einsetzbar, weil sie sehr schnell reißen, wenn sie nass oder auch nur feucht werden. Ideal wäre eine Kombination mit hydrophoben, also wasserabweisenden, Materialien. Doch diese sind laut Forscher Erfan Kimiaei ohne chemische Behandlung der Ausgangsmaterialien unmöglich zu realisieren.
Ein dritter Werkstoff als "Vermittler" könnte helfen, sagten sich Kimiaei und sein Team. Sie entschieden sich für ein weiteres Naturprodukt, für Lignin, das als eine Art Klebstoff die Zellulosefasern etwa in Baumstämmen zusammenhält und bei der Papierherstellung in großen Mengen als Abfall anfällt. Lignin verbindet sich problemlos mit Zellulose und ebenso mit Polycaprolacton (PCL), einem biologisch abbaubaren Polymer, das allerdings aus Erdöl hergestellt wird. Es ließe sich auch auf Basis nachwachsender Rohstoffe produzieren.
Pickering-Emulsionsstrategie
Zunächst wird PCL in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst und mit in Wasser schwimmenden Lignin-Nanopartikeln vermischt. Letztere sammeln sich an der Öl-Wasser-Grenzfläche. In diese sogenannte Pickering-Emulsion kippen die finnischen Wissenschaftler Zellstofffasern, die zuvor in Wasser "eingeweicht" worden waren.
Diese Pickering-Emulsionsstrategie erzeugt eine gleichmäßige Dispergierung eines Polymers innerhalb des Zellulosenetzwerks, sodass die Nassfestigkeit und Wasserbeständigkeit des Verbundwerkstoffs erhöht wird. Ausgegossen auf einer Unterlage, bildet sich ein Film, der sowohl unter trockenen als auch unter nassen Bedingungen eine höhere Festigkeit hat als Papier oder reines Polymer, selbst nachdem er einen Tag lang vollständig in Wasser eingetaucht worden war.
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