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Aug 05, 2023

Entwicklung von 100 % biologisch abbaubarem Papierstroh

Das Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) hat zu 100 % biologisch abbaubare, umweltfreundliche Papierstrohhalme entwickelt, die nicht durchnässen. Der Artikel wurde auf „Advanced Science (IF:17.52)“ National veröffentlicht

Das Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) hat zu 100 % biologisch abbaubare, umweltfreundliche Papierstrohhalme entwickelt, die nicht durchnässen. Artikel veröffentlicht auf „Advanced Science (IF:17.52)“

Nationaler Forschungsrat für Wissenschaft und Technologie

Bild: Beim Umrühren eines Getränks in einer Tasse wird ein Papierstrohhalm häufig leicht gebogen oder delaminiert. Aufgrund seiner hohen mechanischen Steifigkeit im Wasser wurde beobachtet, dass umweltfreundliches Papierstroh im nassen Zustand 60 Sekunden lang einem relativ hohen Gewicht standhält.mehr sehen

Bildnachweis: Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)

Es wurden umweltfreundliche Papierstrohhalme entwickelt, die nicht so schnell durchnässen und im Meer und im Boden zu 100 % biologisch abbaubar sind. Die Strohhalme lassen sich leicht in Massen herstellen und dürften daher als Reaktion auf die Vorschriften zu Plastikstrohhalmen in Restaurants und Cafés eingeführt werden.

Die derzeit erhältlichen Papierstrohhalme bestehen nicht ausschließlich aus Papier. Strohhalme aus 100 % Papier werden bei Kontakt mit Flüssigkeiten zu matschig und können nicht mehr als Strohhalme verwendet werden. Dementsprechend sollte ihre Oberfläche beschichtet sein. Die am häufigsten verwendeten Beschichtungsmaterialien für Papierstrohhalme sind Polyethylen (PE) oder Acrylharz – dieselben Materialien, die auch für die Herstellung von Plastiktüten und Klebstoffen verwendet werden. Auch Pappbecher sind mit den gleichen Materialien beschichtet wie Papierstrohhalme. Zahlreiche frühere Studien haben berichtet, dass die Polyethylenbeschichtung auf weggeworfenen Pappbechern in kleine Partikel zerfallen kann, ohne vollständig zersetzt zu werden, und zu Mikroplastik wird. Darüber hinaus werden diese Papierprodukte aus Papier und Kunststoff (zwei sehr unterschiedliche Materialien) hergestellt und sind daher schwierig zu recyceln.

Herkömmliche Papierstrohhalme sind unpraktisch in der Verwendung. Bei längerem Kontakt mit einer Flüssigkeit werden sie durchnässt. Auch wenn diese Strohhalme zum Trinken von kohlensäurehaltigen Getränken verwendet werden, können sich aufgrund ihrer Oberflächenbeschaffenheit viele Blasen bilden. Derzeit sind auf dem Markt als Alternativen zu Papierstrohhalmen Polymilchsäure (PLA)-Strohhalme und Reisstrohhalme erhältlich. Allerdings zersetzen sich PLA-Strohhalme – auch als Mais-Kunststoffstrohhalme bekannt – im Meer nicht gut. Während sich Reisstrohhalme in der Umwelt gut zersetzen, haben sie aufgrund der schwierigen Massenproduktion und ihres scharfen Querschnitts Nachteile, einschließlich höherer Preise.

Das gemeinsame Forschungsteam von Dr. Oh Dongyeop und Dr. Kwak Hojung von KRICT und Professor Park Jeyoung von der Sogang-Universität hat umweltfreundliche Papierstrohhalme entwickelt, die zu 100 % biologisch abbaubar sind, eine bessere Leistung als herkömmliche Papierstrohhalme erbringen und problemlos in Massenproduktion hergestellt werden können .

Mithilfe ihrer Technologie synthetisierte das Forschungsteam einen bekannten biologisch abbaubaren Kunststoff, Polybutylensuccinat (PBS)*, indem es eine kleine Menge Cellulose-Nanokristalle hinzufügte, um ein Beschichtungsmaterial zu schaffen. Die zugesetzten Cellulose-Nanokristalle sind das gleiche Material wie der Hauptbestandteil von Papier und ermöglichen so, dass sich der biologisch abbaubare Kunststoff während des Beschichtungsprozesses fest mit der Papieroberfläche verbindet.

* PBS (Polybutylensuccinat): Biologisch abbaubarer Biokunststoff auf Polyesterbasis mit ähnlichen Eigenschaften wie erdölbasiertes Polypropylen.

Herkömmliche Papierstrohhalme enthalten kein Material, das die Kunststoffbeschichtung fest mit der Oberfläche der Strohhalme verbindet. Die Oberfläche der Strohhalme ist daher nicht gleichmäßig mit Kunststoff beschichtet, was ihre Verwendung erschwert. Die größten Einschränkungen bestehen darin, dass die Strohhalme durchnässen, wenn eine Flüssigkeit den unbeschichteten Teil berührt, und dass sich große Blasen bilden, wenn Papierstrohhalme in kohlensäurehaltigen Getränken belassen werden. Dies liegt daran, dass sich der unbeschichtete Teil leicht mit Wasser verbindet, während der beschichtete Kunststoffteil die Eigenschaft hat, Wasser abzustoßen, wodurch das kohlensäurehaltige Getränk mit der unebenen Oberfläche der Papierstrohhalme in Kontakt kommt.

Diese Einschränkungen werden durch die von unserem Forschungsteam entwickelten neuen Papierstrohhalme überwunden; Sie werden nicht so leicht durchnässt und verursachen in kohlensäurehaltigen Getränken keine Blasenbildung, da das Beschichtungsmaterial die Oberfläche der Strohhalme gleichmäßig und stark bedeckt. Außerdem besteht das Beschichtungsmaterial aus Papier und biologisch abbaubarem Kunststoff und zersetzt sich daher vollständig.

Das Forschungsteam fand heraus, dass diese umweltfreundlichen Papierstrohhalme nicht nur in Kaltgetränken, sondern auch in Heißgetränken ihre körperliche Unversehrtheit bewahren. Das Team stellte außerdem fest, dass die Strohhalme beim Umrühren verschiedener Getränke wie Wasser, Tee, kohlensäurehaltiger Getränke, Milch und anderer lipidhaltiger Getränke oder bei längerem Kontakt mit Flüssigkeiten nicht durchnässt wurden. Der Grad der Durchnässung der frisch zubereiteten Papierstrohhalme und herkömmlicher Papierstrohhalme wurde verglichen. Der herkömmliche Papierstrohhalm wurde stark gebogen, als ein Gewicht von etwa 25 g aufgehängt wurde, nachdem der Strohhalm 1 Minute lang in kaltes Wasser bei 5 °C getaucht wurde. Im Gegensatz dazu verbiegte sich der so hergestellte Papierstrohhalm nicht so stark, selbst wenn das Gewicht unter den gleichen Bedingungen mehr als 50 g betrug.

Die neu entwickelten Strohhalme zersetzen sich gut, auch im Meer. Im Allgemeinen zersetzt sich Papier oder Kunststoff im Ozean viel langsamer als im Boden, da die Temperatur des Ozeans niedrig und der Salzgehalt hoch ist, was das Wachstum von Mikroben behindert. Das Forschungsteam führte einen Zersetzungstest in einer Meeresumgebung durch, indem es die Strohproben in einer Tiefe von 1,5–2 m an der Küste in der Nähe von Pohang, Südkorea, eintauchte.

Normale Plastikstrohhalme und Maisstrohhalme aus Kunststoff zersetzten sich nach 120 Tagen nicht. Herkömmliche Papierstrohhalme behielten ihre Form und verloren nur 5 % ihres Gesamtgewichts. Im Gegensatz dazu verloren die vom Forscherteam entwickelten Strohhalme nach 60 Tagen mehr als 50 % ihres Gewichts und zersetzten sich nach 120 Tagen vollständig.

„Diese Technologie ist nur ein kleiner Schritt in die Richtung, die wir im Zeitalter des Kunststoffs einschlagen müssen. Die Umwandlung eines Plastikstrohhalms, den wir oft verwenden, in einen Papierstrohhalm wird sich nicht sofort auf unsere Umwelt auswirken, aber der Unterschied wird mit der Zeit gravierend sein. Wenn wir schrittweise von der Verwendung praktischer Einwegprodukte aus Kunststoff auf verschiedene umweltfreundliche Produkte umsteigen, wird unsere zukünftige Umwelt viel sicherer sein, als wir uns jetzt Sorgen machen“, sagte der leitende Forscher Dr. Oh Dongyeop.

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KRICT wurde 1976 als staatlich finanziertes Forschungsinstitut gegründet. KRICT spielte eine führende Rolle bei der Entwicklung der nationalen Chemieindustrie, indem es Technologien für die Chemie und verwandte Konvergenzbereiche entwickelte, chemische Technologien auf Industrien übertrug und Fachkräfte in der Chemie hervorbrachte auf diesem Gebiet und leistete enorme Unterstützung für eine Vielzahl chemischer Infrastrukturen. Jetzt versprechen wir, in der Chemie und im Chemieingenieurwesen neue Höhen zu erreichen und unsere Rolle bei der Förderung einer verstärkten Nutzung des Wissens aus der Forschung fortzusetzen. Weitere Informationen finden Sie auf der Website von KRICT unter https://www.krict.re.kr/eng/.

Dieser Erfolg wurde durch das Nanomaterial-Technologieentwicklungsprogramm des Ministeriums für Wissenschaft und IKT, das Grundlagenforschungsprogramm des KRICT und das Projekt zur Kommerzialisierung und Demonstration biologisch abbaubarer Biokunststoffe des Ministeriums für Handel, Industrie und Energie unterstützt.

Die Forschungsergebnisse wurden am 21. November 2022 in der internationalen Fachzeitschrift Advanced Science (IF:17.52) unter dem Titel „Biodegradable, Water-resistent, Anti-fizzing, Polyester Nanocellulose Composite Paper Straws“ veröffentlicht und sind der Öffentlichkeit zugänglich.

Fortgeschrittene Wissenschaft

10.1002/advs.202205554

Biologisch abbaubare, wasserbeständige, sprudelnde Papierstrohhalme aus Polyester-Nanozellulose-Verbundmaterial

21.11.2022

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