L’inquinamento da plastica rappresenta una sfida globale che deve essere risolta. In particolare, gli imballaggi rappresentano il 30–50% del consumo totale di plastica. Sebbene gli imballaggi in carta siano ecologici, mancano di funzionalità cruciali come resistenza all’umidità e forza. I materiali di rivestimento tradizionali aggravano l'inquinamento causato dalla plastica, suggerendo la necessità di alternative sostenibili.
Il polietilene (PE) e l'etilene vinil alcol (EVOH) sono generalmente utilizzati come materiali di rivestimento per migliorare le proprietà di bassa barriera degli imballaggi di carta, ma queste sostanze non si decompongono e peggiorano l'inquinamento da microplastica se smaltite nell'ambiente naturale.
In risposta a questo problema, sono stati sviluppati materiali di imballaggio realizzati con sostanze di origine biologica e plastica biodegradabile, ma nella maggior parte dei casi, man mano che le prestazioni dell'imballaggio migliorano, la biodegradabilità diminuisce rapidamente.
Un gruppo di ricerca congiunto guidato dal professor Jaewook Myung del Dipartimento di ingegneria civile e ambientale, dal professor Hanseul Yang del Dipartimento di scienze della vita e dal professor Jongcheol Seo del Dipartimento di imballaggio e logistica dell'Università di Yonsei ha affrontato la sfida di bilanciare prestazioni degli imballaggi e sostenibilità. Hanno sviluppato con successo un materiale di rivestimento in carta sostenibile, biodegradabile in ambiente marino e ad alte prestazioni.
Il lavoro è stato pubblicato sulle riviste Green Chemistry e Chimica degli alimenti .
Il team ha utilizzato poli(alcol vinilico) (PVA) reticolato con acido borico, una plastica biodegradabile, per rivestire la carta, migliorandone così la biodegradabilità, le proprietà barriera e la resistenza. La carta patinata risultante ha mostrato prestazioni superiori rispetto alla plastica convenzionale, con eccellenti proprietà barriera e resistenza fisica, anche in condizioni umide.
Il team ha inoltre condotto un esame approfondito della biodegradazione e della biocompatibilità per valutare sistematicamente la sostenibilità della carta patinata di nuova concezione. La biodegradazione è stata valutata simulando l'ambiente marino, noto per le sue difficili condizioni di biodegradabilità.
Il team ha utilizzato un bioreattore basato sul sistema respiratorio per misurare il grado di mineralizzazione del carbonio in anidride carbonica. Dopo 111 giorni di biodegradazione, si è riscontrato che le carte patinate raggiungevano una biodegradazione del 59–82% a seconda del componente del rivestimento.
Il fenomeno in cui i batteri marini decompongono il materiale di rivestimento è stato catturato attraverso un microscopio elettronico a scansione. Inoltre, la biocompatibilità in vitro è stata confermata attraverso cellule di fibroblasti embrionali di rene embrionale umano e di topo, così come l'elevata biocompatibilità in vivo della carta patinata è stata verificata attraverso esperimenti sui topi.
Attraverso questo studio, il team di ricerca congiunto ha proposto una strategia di rivestimento in grado di migliorare le prestazioni dell’imballaggio mantenendo al tempo stesso la sostenibilità per affrontare gli svantaggi degli imballaggi in carta. La carta rivestita in PVA reticolato con acido borico elimina la necessità di condizioni di compostaggio artificiale o di impianti di trattamento delle acque reflue.
Essendo biodegradabile in ambienti naturali e caratterizzata da una bassa tossicità, questa carta appena patinata non aggrava l'inquinamento ambientale se gettata accidentalmente. Pertanto, rappresenta un sostituto sostenibile dei materiali di imballaggio in plastica.
Il professor Jaewook Myung del KAIST, che ha condotto lo studio sulla sostenibilità della carta patinata, ha dichiarato:"Lo sviluppo di un rivestimento di carta biodegradabile marina ad alte prestazioni è il risultato della combinazione delle tecnologie innovative di tre importanti gruppi di ricerca in ciascun campo. Continueremo a sviluppare materiali sostenibili con prestazioni eccellenti."
Il professor Jongchul Seo dell'Università di Yonsei, che ha guidato la ricerca sullo sviluppo di rivestimenti di carta ad alte prestazioni, ha dichiarato:"Attraverso questa ricerca, abbiamo sviluppato una tecnologia di imballaggio di carta sostenibile che può sostituire gli imballaggi di plastica non degradabili e ci aspettiamo che la ricerca i risultati verranno applicati all'industria."
Ulteriori informazioni: Shinhyeong Choe et al, Poli(alcol vinilico reticolato con acido borico):rivestimento in carta biodegradabile, biocompatibile, robusto e ad alta barriera, Chimica verde (2024). DOI:10.1039/D4GC00618F
Kitae Park et al, Effetto del trattamento con epicloridrina sul processo di rivestimento e prestazioni degli imballaggi in carta ad alta barriera, Chimica alimentare (2024). DOI:10.1016/j.foodchem.2024.138772
Informazioni sul giornale: Chimica degli alimenti , Chimica verde
Fornito dal Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
