Yeşil Kimyaya Bir Örnek: Biyouyumlu ve Biyobozunur Kağıt Kaplama

Fotoğraf-1: Soldaki yeni MSU malzemesi ile kaplanmış bir kağıt bardak, sağdaki kaplamasız muadilinden farklı olarak sıvıyı sızıntı yapmadan tutuyor.

Michigan Eyalet Üniversitesi’nden Muhammad Rabnawaz, kağıt ambalajlar için hem ekonomik hem de çevre dostu yeni bir kaplama üretti.

Rabnawaz’ın Sürdürülebilir Malzemeler Grubu tarafından geliştirilen bu kaplama ile kağıt ambalajlarını yağ ve sudan koruyor  ayrıca çevre dostu malzemeler kullanarak kağıt tabaklar ve meyve suyu kutularını vs. kullanışlı hale getiriyor.

Kaplamanın en son formülasyonunu 18 Ocak’ta Uygulamalı Polimer Bilimi Dergisi’nde çevrimiçi olarak paylaşan Ambalaj Okulu’nda yardımcı doçent olan Rabnawaz, “Kaplama suda (okyanus,deniz ve göl suları) ayrışıyor” diyor.

Bu kaplama, yiyecek veya içecekleri içinde tutarken, alttaki kağıdı ile termoplastik adı verilen esnek polimerleri sayesinde kuru ve sağlam tutuyor.Bu özellikleriyle birçok mevcut kağıt ürününe göre bir üst sınıftır.

Rabnawaz,”Kaplanmamış kağıtlar sızar,” diyor ve bunun sıcak çaylarını veya kahvelerini tutmak için bir kağıt bardağa güvenen herkesin muhtemelen aklına gelen bir eksikliktir. “Ancak bu sorunun çözümü kağıdı plastikle lamine etmek oldu .” diyor.

Plastikle laminasyon ile sızdırma sorunu büyük ölçüde gideriliyor .Kağıt atıldıktan sonra bile korumaya devam ediyor. Ancak bu yöntemin iki büyük dezavantajı vardır.

Birincisi, kağıt plastikle yapışmış haldeyken geri dönüştürülemez. İkincisi, bu kağıt ambalaj ürünleri göllere, okyanuslara ve akarsulara çöp olarak kolayca düşebilir.

“Dalgalar ,gelgitler ve güneşten gelen UV ışını kağıttan malzemeyi mikroplastiklere dönüştürmek için mükemmel bir tarif.”diyor Rabnawaz.

Mikroplastikler, sucul ekosistemleri kirleten ve insanların tükettiği suya ve deniz ürünlerine karışarak bilinmeyen sağlık sorunlarına yol açan küçük plastik parçalardır.

Üreticiler plastik kaplamalara alternatifler araştırıyor ancak genellikle başka sorunlarla karşılaşıyorlar. En popüler seçeneklerden biri, PFAS’in “forever chemicals” ailesine ait kaplamalardır.”PFAS, kendi sağlık endişelerini ortaya koyan  perfloroalkil ve polifloroalkil maddelerinin kısaltmasıdır.

Fotoğraf-2: Ontario Gölü kıyılarında çekilen bu fotoğrafta mikroplastikler ve diğer plastik parçalar görülüyor.

Rabnawaz, “Mikroplastik haline gelen plastiklerden PFAS kullanmadan kurtulabilir miyiz? ” sorusuyla araştırmalarını başlattıklarını söylüyor.

Bu sorunun cevabı için Spartalı ekibinden( yüksek lisans öğrencileri Aditya Nair ve Dhwani Kansal; araştırma görevlisi Ruoqi Ping; ve  doktora yapan Li Zhao) yardım istiyor.

Grup, biyouyumlu ve biyobozunur bileşenlere dayalı bir kaplama formüle etti. Kaplama, kontakt lenslerde kullanılan bir yağ, polivinil alkol adı verilen suda çözünen bir polimer ve kabuklu deniz ürünlerinden elde edilen doğal nişasta benzeri bir polimer içeriyor (alerjik reaksiyonları tetikleyen kabuklu deniz ürünleri proteinlerinden farklıdır).

Rabnawaz, bu formülasyonda polimerler kullanmasına rağmen, hiçbirinin şu anda kağıt ürünlerinde kullanılan termoplastikler kadar dayanıklı olmadığını söylüyor.

“Tüm plastikler polimerdir, ancak tüm polimerler plastik değildir”. Yeni kaplama, mikroplastik olarak çevrede kalmak yerine su, karbondioksit ve diğer inert moleküllere ayrılıyor diyor Rabnawaz.”Bir başka iyi şey de, kağıt yeniden hamur haline getirildiğinde kaplamayı kaldırabilirsiniz bu da kağıdın geri dönüştürülebileceği anlamına geliyor.Kağıt tıpkı hiç bozulmamış kağıt gibi hale geliyor ve onu tekrar tekrar kullanabiliyorsunuz” diye ekliyor.

Kaplama çevre ve halk sağlığı kaygıları tarafından desteklenmiş olsa da, Rabnawaz’ın ekibi onu ekonomi odaklı bir bakış açısıyla da geliştirdi.

Örneğin, kitosan doğada bol miktarda bulunur, ancak ABD kitosanı üretim için çok fazla hazırlamıyor. Böylece ekip, daha kolay bulunan ve daha ucuz olan polivinil alkolün nasıl birleştirileceğini buldu. Çamaşır kapsüllerinin deterjanlarını kapsüllemek için kullandıkları yöntem gibi  bu ilave  kaplamayı yapmak için gereken kitosan miktarını azaltıyor ve ticari olarak daha uygun bir ürünle sonuçlandırıyor.

Rabnawaz, 2016 yılında MSU’ya katıldığından beri, kaplamayla ilgili iki patent başvurusunda bulundu ve ilgili şirketlerle örnekleri paylaşmaya başladı.

Rabnawaz, “Kesinlikle ticarileştirme üzerinde çalışıyoruz” diyor.

Kaynak: phys.org