Het verbruik van polymeren is de laatste twintig jaar enorm gegroeid; en verpakkingen gebruiken nu 42 procent van alle kunststoffen wereldwijd. Het veelvuldige gebruik van polymeren tast het milieu aan, zowel op het land als in het water. Het hoge gebruik van polymeren in voedselverpakkingen komt door het gebruiksgemak boven traditionele verpakkingsmaterialen als glas en metaal.
De meest gebruikte materialen bij voedselverpakking zijn polyetheen (PE), polypropeen (PP) en polymelkzuur (polylactic acid, PLA). Maar duurzame polymeren uit groene grondstoffen als PLA zijn meestal duurder dan de onduurzame plastic verpakkingen van PP en PE. PLA geeft echter meer duurzame verpakkingen doordat het een biopolymeer is, gemaakt uit natuurlijke grondstoffen. Het wordt veel gebruikt in plastic folies, flessen en biologisch afbreekbare medische apparatuur. Maar het is nogal duur, thermisch niet heel stabiel, en het kristalliseert langzaam; daardoor is PLA niet geschikt voor voedselverpakkingen die lang blijven liggen. Bij InnoRenew CoE doen ze onderzoek aan PLA/lignine mengsels die dit soort beperkingen niet hebben.
Mengbaar en biologisch afbreekbaar
Lignine is een goedkoop bijproduct van bioraffinaderijen in de land- en bosbouw. Het bevat een aantal functionele groepen (hydroxy-, carbonyl- en carboxylgroepen). Maar juist door deze polaire groepen is lignine soms niet goed mengbaar met PLA. Door deze groepen te veranderen kunnen deze mengproblemen worden opgelost. Met deze gemodificeerde lignine worden de mechanische en fysisch-chemische problemen van PLA opgelost, zonder negatieve gevolgen voor zijn biologische afbreekbaarheid.
In het kader van het MSCA-PACK-NIN project hebben we deze hydroxylgroepen functioneel veranderd (‘oxopropylatie’) en daarmee de waterafstotende en buigbare eigenschappen van lignine verbeterd. De onderzoekers maakten aangepaste lignine/PLA composieten met uiteenlopende gewichtsverhoudingen door mengen en spuitgieten. Ze onderzochten ontleding en verglazing bij verwarming, en kristallisatie en stolling bij afkoeling. Ze optimaliseerden de hoeveelheid lignine in de composieten, op basis van de resultaten. Zie hiernaast voor de mengsels en SEM beelden van een aantal composietmaterialen, zuiver PLA, PLA-lignine en PLA-bewerkt lignine.
Verder onderzoek
We hebben nog meer onderzoek nodig: naar de anti-oxiderende eigenschappen en ontleding, belangrijk voor voedselverpakkingen. De resultaten hiervan worden nu onderwerpen aan een peer review.
Een deel van het onderzoek werd gedaan aan de SUSMATCHEM groep van de Universiteit van Stockholm. Het MSCA-PACK-NIN project is dankbaar voor de detachering.
Publiciteit
De resultaten werden gepresenteerd op:
– ‘2nd International Conference on Circular Packaging,’ Slovenj Gradec, Slovenië, 9–10 September 2021
– ‘FIRST CIRCUL-A-BILITY CONFERENCE: Re-Thinking Packaging for Circular and Sustainable Food Supply Chains of the Future,’ 26–29 September 2021 (online).
Voor peer review: ‘Characterization of Modified Lignin-PLA Biocomposites for Food Packaging Applications.’
Interessant? Lees dan ook:
Verbod op plastics? Terug naar een wetenschappelijke onderbouwing
Sluiten van de plasticketen
Verwerking van lignine – uitdagingen en grenzen