Forscher entwickeln zu 100 % biologisch abbaubare Papierstrohhalme, die nicht durchnässen

Aug 07, 2023

1. Februar 2023

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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 sollten ihre Oberflächen 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. Und wenn diese Strohhalme zum Trinken von kohlensäurehaltigen Getränken verwendet werden, bilden sich aufgrund ihrer Oberflächenbeschaffenheit viele Blasen. 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 Nachteile, darunter höhere Preise aufgrund von Schwierigkeiten bei der Massenproduktion und ihren scharfen Querschnitten.

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 . Die Forschung wird in der Zeitschrift Advanced Science veröffentlicht.

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 erzeugen. 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.

Herkömmliche Papierstrohhalme enthalten kein Material, das die Kunststoffbeschichtung fest mit der Oberfläche der Strohhalme verbindet. Daher sind die Oberflächen der Strohhalme 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 stellte fest, dass diese umweltfreundlichen Papierstrohhalme sowohl in Kaltgetränken als 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 neuen Papierstrohhalme und der herkömmlichen 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 verbogen sich die neuen Papierstrohhalme 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 Plastiks 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 tiefgreifend sein. Wenn wir Wenn wir schrittweise von der Verwendung bequemer Einwegprodukte aus Kunststoff auf verschiedene umweltfreundliche Produkte umstellen, wird unsere zukünftige Umwelt viel sicherer sein, als wir uns jetzt Sorgen machen“, sagte der leitende Forscher Dr. Oh Dongyeop.

Mehr Informationen: Hojung Kwak et al., Biologisch abbaubare, wasserbeständige, sprudelnde Papierstrohhalme aus Polyester-Nanozellulose-Verbundwerkstoff, Advanced Science (2022). DOI: 10.1002/advs.202205554

Zeitschrifteninformationen:Fortgeschrittene Wissenschaft

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