Forscher der North Carolina State University haben biopolymer-verbundene Filme entwickelt, die aus Chitosan (einem Biopolymer, das in Krebsschalen vorkommt) und Agarose (einem Biopolymer, das aus Seetang gewonnen wird) hergestellt werden und herkömmliche Kunststofffilme auf Erdölbasis ersetzen könnten. Diese Filme besitzen eine verbesserte Festigkeit, sind biologisch abbaubar, haben antibakterielle Eigenschaften, abweisend gegen Wasser und transparent. Das Team verstärkte die Agarosefilme mit fibrilliertem kolloidalem Schuppenmaterial, das aus Chitosan hergestellt wurde, um deren Festigkeit und Stabilität zu verbessern. Es stellte sich heraus, dass die biopolymer-verbundenen Filme viermal stärker als reine Agarosefilme waren und E. coli widerstehen konnten. Außerdem zeigten sie eine signifikante biologische Abbaubarkeit nach einem Monat im Boden. Die Forscher wollen die Struktur und Unempfindlichkeit der biopolymer-verbundenen Filme weiter verbessern, um mit Filmen aus synthetischen Polymeren mithalten zu können. Darüber hinaus arbeiten sie daran, die Skalierbarkeit des Produktionsprozesses zu erhöhen. Ihre Forschung hat zu einer Patentanmeldung geführt und wurde von der National Science Foundation unterstützt.

Einführung

Mit den wachsenden Bedenken hinsichtlich der Umweltauswirkungen von auf Erdöl basierenden Kunststofffolien haben Forscher an der North Carolina State University biopolymerische Verbundfilme entwickelt, die diese Materialien ersetzen könnten. Diese Filme werden aus Chitosan, einem Biopolymer, das in Krabbenschalen gefunden wird, und Agarose, einem Biopolymer, das aus Algen extrahiert wird, hergestellt. Durch die Kombination dieser beiden Materialien haben die Forscher Filme geschaffen, die über eine verbesserte Festigkeit, Biologische Abbaubarkeit, antibakterielle Eigenschaften, Wasserabweisung und Transparenz verfügen.

Das Problem mit auf Erdöl basierenden Kunststoffen

Auf Erdöl basierende Kunststoffe werden seit langem in der Produktion verschiedener Produkte, einschließlich Folien, verwendet. Diese Kunststoffe haben jedoch zahlreiche negative Umweltauswirkungen. Sie werden aus fossilen Brennstoffen hergestellt, die nicht erneuerbare Ressourcen sind, und ihre Produktion setzt Treibhausgase frei, die zum Klimawandel beitragen. Darüber hinaus sind auf Erdöl basierende Kunststoffe nicht biologisch abbaubar und können für Hunderte von Jahren in der Umwelt bestehen bleiben, was zu Verschmutzung und Schäden für die Tierwelt führt. Die Suche nach nachhaltigen Alternativen zu diesen Kunststoffen ist entscheidend, um diese Umweltprobleme zu mildern.

Biopolymer Composite Filme: Die Lösung

Die von den Forschern an der North Carolina State University entwickelten biopolymerischen Verbundfilme bieten eine nachhaltige und umweltfreundliche Alternative zu auf Erdöl basierenden Kunststoffen. Diese Filme werden aus Chitosan und Agarose, zwei natürlichen Biopolymeren, in einem neuartigen Verfahren hergestellt. Die resultierenden Filme besitzen eine Reihe von wünschenswerten Eigenschaften, die sie für verschiedene Anwendungen geeignet machen.

Eigenschaften von Biopolymer Composite Filmen

Die biopolymerischen Verbundfilme weisen folgende Eigenschaften auf:

  • Verbesserte Festigkeit: Durch die Verstärkung der Agarosefilme mit fibrilliertem kolloidalem Material aus Chitosan konnte das Team die Festigkeit und Stabilität der Filme erheblich verbessern. Tatsächlich stellte sich heraus, dass die biopolymerischen Verbundfilme viermal so stark waren wie Agarosefilme allein.
  • Biologische Abbaubarkeit: Einer der wesentlichen Vorteile von biopolymerischen Verbundfilmen ist ihre Fähigkeit zum biologischen Abbau. Bereits nach einem Monat im Boden zeigten diese Filme deutliche Anzeichen von biologischem Abbau. Das bedeutet, dass sie sich natürlich zersetzen können, ohne langfristige Verschmutzung oder Schäden für die Umwelt zu verursachen.
  • Antibakterielle Eigenschaften: Der Chitosan-Bestandteil der biopolymerischen Verbundfilme bietet antibakterielle Eigenschaften, wodurch sie sich ideal für Anwendungen eignen, bei denen das Wachstum von Bakterien verhindert werden soll.
  • Wasserabweisung: Die Filme sind so konzipiert, dass sie Wasser abweisen, was sie für Anwendungen geeignet macht, bei denen eine Feuchtigkeitsbeständigkeit erforderlich ist.
  • Transparenz: Trotz ihrer verbesserten Festigkeit und anderer Eigenschaften bleiben die biopolymerischen Verbundfilme transparent, was eine einfache Sichtbarkeit des Inhalts ermöglicht.

Zukünftige Verbesserungen und Skalierbarkeit

Obwohl die biopolymerischen Verbundfilme großes Potenzial zeigen, arbeiten die Forscher an der North Carolina State University daran, ihre Struktur und Dichtigkeit weiter zu verbessern. Durch die Verbesserung dieser Aspekte können die Filme die Leistung von Filmen aus synthetischen Polymeren erreichen, was sie zu einer geeigneten Alternative für eine Vielzahl von Anwendungen macht.

Verbesserung der Struktur

Die Forscher untersuchen Möglichkeiten, die Struktur der biopolymerischen Verbundfilme zu verbessern, um sie noch stärker und widerstandsfähiger zu machen. Dies kann Experimente mit verschiedenen Formulierungen von Chitosan und Agarose oder die Einbindung anderer verstärkender Materialien beinhalten.

Erhöhung der Dichtigkeit

Um mit Filmen aus synthetischen Polymeren konkurrieren zu können, müssen die biopolymerischen Verbundfilme eine ähnliche Dichtigkeit bieten. Die Forscher untersuchen Methoden, um die Filme widerstandsfähiger gegenüber Gasen, Ölen und Feuchtigkeit zu machen, so dass sie in Anwendungen mit hohen Barrieresystemen eingesetzt werden können.

Skalierbarkeit der Produktion

Um die biopolymerischen Verbundfilme kommerziell nutzbar zu machen, arbeiten die Forscher auch daran, die Skalierbarkeit des Produktionsprozesses zu verbessern. Durch die Entwicklung effizienter und kostengünstiger Herstellungsmethoden wird es möglich sein, diese Filme in größerem Umfang herzustellen und den Anforderungen verschiedener Branchen gerecht zu werden.

Potentielle Anwendungen

Die biopolymerischen Verbundfilme haben das Potenzial, auf Erdöl basierende Kunststofffilme in einer Vielzahl von Anwendungen zu ersetzen. Einige mögliche Anwendungen umfassen:

  • Lebensmittelverpackungen: Die Wasserabweisung, antibakteriellen Eigenschaften und Transparenz der Filme machen sie für die Verpackung von Lebensmitteln geeignet, um deren Frische und Sicherheit zu gewährleisten.
  • Medizinische Verpackungen: Die biologisch abbaubaren und antibakteriellen Eigenschaften der Filme machen sie ideal für die Verpackung von medizinischen Geräten und Zubehör, um die Sterilität aufrechtzuerhalten.
  • Agrarfilme: Die verbesserte Festigkeit und biologische Abbaubarkeit der Filme könnten in landwirtschaftlichen Anwendungen wie Gewächshusabdeckungen oder Mulchfolien von Vorteil sein.
  • Elektronik: Die Transparenz und Feuchtigkeitsbeständigkeit der Filme machen sie geeignet zum Schutz von elektronischen Bauteilen und Geräten.
  • Pflegeprodukte: Die biopolymerischen Verbundfilme könnten in der Verpackung von verschiedenen Pflegeprodukten wie Kosmetika und Toilettenartikeln verwendet werden.

Fazit

Die Entwicklung von biopolymerischen Verbundfilmen aus Chitosan und Agarose bietet eine nachhaltige und umweltfreundliche Alternative zu auf Erdöl basierenden Kunststoffen. Diese Filme verfügen über verbesserte Festigkeit, biologische Abbaubarkeit, antibakterielle Eigenschaften, Wasserabweisung und Transparenz. Mit weiteren Verbesserungen in Struktur und Dichtigkeit sowie einer verbesserten Skalierbarkeit der Produktion haben diese Filme das Potenzial, Filme aus synthetischen Polymeren in verschiedenen Anwendungen zu ersetzen und so zu einer nachhaltigeren Zukunft beizutragen.

Quelle

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