En ny metod kan ge ekologisk plast tillverkad av cellulosa och vatten

Ny ekologisk plast från cellulosa och vatten. Den nyproducerade bioplasten består av "hydroplastiska polymerer", som blir mjuka och smidiga vid kontakt med vatten. Foto: Kai Zhang

Forskare vid universitetet i Göttingen, Tyskland, har upptäckt t en hållbar metod som med hjälp av vatten bearbetar och skapar en ny typ av hydroplastiska polymer som kallas cellulosacinnamat (CCi).

Plast erbjuder många fördelar, eftersom de är lätta, billiga och anpassningsbara. Därför används de i stor utsträckning i våra dagliga liv. Men produktion, bearbetning och återvinning av plast innebär betydande och komplexa utmaningar i form av miljö- och hälsoeffekter.

I den meningen skulle den ekologiska bearbetningen av återanvändningsbar och återvinningsbar plast som härrör från vegetabiliska råvaror vara en idealisk lösning. Hittills har de tekniska utmaningarna inom detta område varit mycket stora. Men forskare vid universitetet i Göttingen i Tyskland har nu funnit en hållbar metod - hydrosetting, (HydroSet) som använder vatten under normala förhållanden - för att bearbeta och omforma en ny typ av hydroplastisk polymer som kallas cellulosacinnamat (CCi). Forskningen har publicerats i Nature Sustainability .

HydroSet är en självhärdande kalciumfosfatcement avsedd ursprungligen för reparation av neurokirurgiska kroppsskador, angränsande kraniotomisnitt och andra kranialfel såväl som vid förstärkning eller återställande av benig kontur i kraniofacialskelettet. Formulerad för att härda i närvaro av vatten, blod och CSF.

Plast är polymerer, vilket innebär att deras molekylära struktur består av ett stort antal liknande enheter kopplade ihop. För närvarande är de flesta plaster tillverkade av petrokemiska råvaror, vars utvinning och återvinning har betydande miljöpåverkan. Däremot är cellulosa, som är huvudbeståndsdelen i växtcellväggar, den vanligaste naturliga polymeren på jorden och utgör därmed en nästan outtömlig källa till denna råvara.

Genom att lätt modifiera en mycket liten del av cellulosakemin genom att införa en grupp ”cinnamoyl”-enzymer kunde forskarna tillverka en specifik CCi för bildandet av en ny typ av bioplast med hjälp av hydroplast (dvs. mjuk och formbar i kontakt med vatten).

Detta innebär att den kan formas med lite mer än vatten vid den vanliga temperaturen och trycket. Denna unika metod - känd som hydrosetting - gjorde det möjligt för forskarna att producera en mängd olika former helt enkelt genom att doppa bioplasten i vattnet och låta den lufttorka.

De gjutna formerna bevarade sin långsiktiga stabilitet och kunde formas om och om igen i en mängd 2D- och 3D-former. Även om plast inte bör användas i direkt kontakt med vatten - eftersom det skulle förlora sin form - kan det hålla kvar vatten och användas i fuktiga förhållanden. CCis bioplast uppvisade högkvalitativa mekaniska egenskaper jämfört med plast som ofta används idag.

- Vår forskning ger en genomförbar metod för att designa andra gröna vattenplaster från förnybara resurser, förklarar professor Kai Zhang från universitetet i Göttingen.

- Detta förväntas öppna upp nya vägar för forskning och stimulera utforskningen av andra hållbara bioplaster med överlägsna mekaniska egenskaper och nya egenskaper.

Enligt författarna till forskningen undviker hydrosättningsprocessens dyra och komplexa maskiner och hårda processförhållanden. Denna miljövänliga metod kan förenkla tillverkningen av plast, vilket gör bearbetning och återvinning mer ekonomiskt och hållbart.

- Den här forskningen erbjuder en enorm potential för att bioplaster som detta kan användas i många olika situationer, såsom biologi, elektronik och medicin, säger Zhang.

- I synnerhet skulle de skadliga effekterna av plast på miljön, som skadar alla livsformer på jorden, minimeras genom att återanvända hydroplast med sina unika egenskaper, avslutar han.