Молочный белок и глина образуют пленку, похожую на пластик, которая разлагается в почве всего за 13 недель.
По мере роста обеспокоенности по поводу влияния пластиковых отходов на окружающую среду и здоровье людей учёные активизируют усилия по разработке более безопасных и биоразлагаемых альтернатив. В Университете Флиндерса в Южной Австралии несколько исследовательских групп работают над созданием новых материалов, призванных уменьшить загрязнение окружающей среды пластиком одноразового использования.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Polymers, учёные создали тонкую гибкую пленку из казеината кальция — коммерчески доступной формы казеина, основного белка, содержащегося в молоке. Они смешали его с модифицированным крахмалом и бентонитовой наноглиной, а затем добавили глицерин и поливиниловый спирт, чтобы повысить прочность и гибкость материала. Целью было создать материал, который по своим свойствам не уступал бы обычному пластику, но при этом был бы гораздо более экологичным.
Разлагается в почве за 13 недель
Испытания показали, что материал стабильно разлагается в обычных почвенных условиях, а полное разложение происходит в течение 13 недель. Полученные результаты свидетельствуют о том, что сочетание биополимеров с суспензиями наноглины позволяет создавать функциональные пленки, пригодные для экологичной упаковки пищевых продуктов.
Также была проведена оценка безопасности. Микробиологические испытания показали, что количество колоний бактерий оставалось в допустимых пределах для биоразлагаемых пленок, не обладающих антимикробными свойствами, что свидетельствует о низкой токсичности.
«Мы бы рекомендовали провести дополнительные исследования антибактериальных свойств в рамках дальнейших испытаний и разработок», — говорит профессор Юхун Тан, исследователь в области наноматериалов из кампуса Тонсли Колледжа науки и инженерии Флиндерса.
Профессор Танг, сотрудник Института наномасштабных наук и технологий Флиндерса, считает, что разработка экологичных альтернатив для упаковки пищевых продуктов и других одноразовых пластиковых изделий необходима для замедления роста глобального загрязнения.
Почему важны Альтернативы Пластику?
Многие виды пластика содержат тысячи химических добавок, в том числе красители и антипирены. Некоторые из этих веществ токсичны или могут вызывать рак. Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) предупредила, что без скоординированных международных действий производство пластика может вырасти на 70% в период с 2020 по 2040 год и превысить 700 миллионов тонн в год.
Хотя некоторые виды пластика теоретически можно использовать повторно, большинство из них выбрасывают после первого применения. Согласно анализу, опубликованному в Nature, около 60% пластика используется однократно, и только 10% перерабатывается. Производство пластика выросло с 2 миллионов тонн в 1950 году до 475 миллионов тонн к 2022 году, что примерно равно весу 250 миллионов автомобилей.
Международное сотрудничество в области биопластиков на основе молока
В рамках проекта мы сотрудничали с исследователями в области химической инженерии из Колумбии, в том числе с Николаем Эстивеном Гомесом Месой и профессором Алис Йованой Патакивой-Матеус с инженерного факультета Университета Боготы имени Хорхе Тадео Лосано. Их работа в исследовательской группе по нанобиоинженерии в Боготе была направлена на разработку новых полимерных материалов.
«Мы экспериментировали с казеинатами для создания нановолокон на основе молока и обнаружили, что из них можно отливать полимеры, похожие на обычные упаковочные материалы», — говорит г-н Гомес.
Затем мы начали искать способы улучшить их свойства, добавляя натуральные и распространенные компоненты, такие как крахмал, а также биоразлагаемый полимер с выдающимися механическими характеристиками. Это также открыло возможность использовать наноглины, например бентонит, которые могут повысить прочность и барьерные свойства пленки.
«Вся рецептура была разработана с использованием недорогих, биоразлагаемых и экологически чистых ингредиентов, чтобы создать устойчивую альтернативу с улучшенными характеристиками».
Профессор Патакива-Матеус подчеркивает важность проделанной работы. «Каждый может внести свой вклад в сокращение использования пластика, а поиск биоразлагаемых полимерных альтернатив — важная часть научной работы, которая помогает находить решения для промышленности, потребителей и окружающей среды».
«Большая часть одноразового пластика используется для упаковки пищевых продуктов, поэтому подобные варианты следует изучать более тщательно, чтобы присоединиться к революции экономики замкнутого цикла и сохранить ресурсы».
Подписывайтесь, чтобы узнавать новое о науке каждую неделю!