Ερευνητές από το Κορεατικό Ινστιτούτο Χημικής Τεχνολογίας (KRICT), με επικεφαλής τον Δρ. Hoyong Kim, ανέπτυξαν μια μέθοδο για την ενίσχυση των βιοδιασπώμενων πλαστικών χρησιμοποιώντας υπολείμματα βιομηχανικής κάνναβης.
Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο Chemical Engineering Journal. Η τεχνική αυτή αναμένεται να εφαρμοστεί και σε άλλα γεωργικά υπολείμματα, όπως τα άχυρα ρυζιού και οι βλαστοί σογιάς.
Περιορισμοί των βιοπλαστικών και το πρόβλημα της κερατινοποίησης
Τα βιοδιασπώμενα φιλμ από θερμοπλαστικό άμυλο (TPS) και πολυεστέρα PBAT χρησιμοποιούνται σε οικολογικές συσκευασίες, αλλά σκίζονται εύκολα και έχουν περιορισμένη αντοχή στην υγρασία. Το ξυλώδες τμήμα του στελέχους της κάνναβης, που αποτελεί το 70% του βάρους του φυτού, παραμένει συχνά ανεκμετάλλευτο.
Η μετατροπή του σε μικροϊνίδια κυτταρίνης συναντά το εμπόδιο της κερατινοποίησης. Κατά το σύνηθες στέγνωμα, οι ίνες σχηματίζουν ισχυρούς δεσμούς υδρογόνου και συσσωματώνονται. Αυτοί οι μεγάλοι σβώλοι εμποδίζουν την ομοιόμορφη κατανομή των δυνάμεων, κάνοντας το πλαστικό εύθραυστο.
Έλεγχος υγρασίας και χημική τροποποίηση
Η κορεατική ομάδα αντιμετώπισε το πρόβλημα με μια συνδυαστική στρατηγική. Αρχικά, προσδιορίστηκε το σημείο κορεσμού των ινών, το οποίο αντιστοιχεί σε υγρασία περίπου 30%. Η άλεση των ινών πραγματοποιήθηκε πάνω από αυτό το κρίσιμο όριο, εμποδίζοντας την έντονη συσσωμάτωση.
Στη συνέχεια, έγινε επεξεργασία της επιφάνειας με διμερές αλκυλοκετενίου (AKD). Οι υδρόφοβες αλυσίδες του AKD δημιούργησαν στερεοχημική παρεμπόδιση μεταξύ των μικροϊνιδίων. Έτσι, το υλικό αποξηράθηκε σε συμβατικούς φούρνους χωρίς την ανάγκη πολυδάπανων μεθόδων όπως η cryo-drying.
Εντυπωσιακά αποτελέσματα και μελλοντικές προοπτικές
Η προσθήκη 10% αυτής της κυτταρίνης στο φιλμ TPS/PBAT αύξησε την αντοχή στον εφελκυσμό κατά 26.2%, ενώ η συμβατική κυτταρίνη προσέφερε βελτίωση μόλις 1.5%. Παράλληλα, η διαπερατότητα από υδρατμούς και οξυγόνο μειώθηκε κατά 17% και 9% αντίστοιχα, βελτιώνοντας τη στεγανότητα. Η νέα τεχνολογία ανοίγει τον δρόμο για την αξιοποίηση πληθώρας φυτικών αποβλήτων στη παραγωγή ανθεκτικών, φιλικών προς το περιβάλλον υλικών.