Kunststoffen bieden veel voordelen voor de samenleving en worden veel gebruikt in ons dagelijks leven: ze zijn lichtgewicht, goedkoop en aanpasbaar. De productie, verwerking en verwijdering van kunststoffen zijn echter eenvoudigweg niet duurzaam en vormen een grote wereldwijde bedreiging voor het milieu en de menselijke gezondheid. Een milieuvriendelijke verwerking van herbruikbare en recyclebare kunststoffen afkomstig van plantaardige grondstoffen zou een ideale oplossing zijn. Tot nu toe zijn de technologische uitdagingen te groot gebleken. Onderzoekers van de Universiteit van Göttingen hebben nu echter een duurzame methode gevonden – “hydrosetting”, waarbij water onder normale omstandigheden wordt gebruikt – om een nieuw type hydroplastisch polymeer, cellulose-cinnamaat (CCi) genaamd, te verwerken en om te vormen. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Sustainability.
Kunststoffen zijn polymeren, wat betekent dat hun moleculaire structuur is opgebouwd uit een groot aantal vergelijkbare eenheden die aan elkaar zijn gehecht. Momenteel worden de meeste kunststoffen vervaardigd met behulp van petrochemicaliën als grondstof, wat schadelijk is voor ons milieu om zowel te winnen als te verwijderen. Cellulose daarentegen, het hoofdbestanddeel van de celwanden van planten, is het meest voorkomende natuurlijke polymeer op aarde en vormt een bijna onuitputtelijke bron van grondstoffen. Door een zeer klein deel van de chemie van cellulose enigszins te wijzigen door een “cinnamoyl”-groep te introduceren, slaagden de onderzoekers erin een specifieke CCi te maken die geschikt is voor de vorming van een nieuw type bioplastic met hydroplastic (dwz zacht en kneedbaar bij contact met water) polymeren.
Dit betekent dat het kan worden gevormd met weinig meer dan water bij de dagelijkse temperatuur en druk. Met deze unieke methode, ook wel hydrosetting genoemd, konden de onderzoekers verschillende vormen maken door het bioplastic simpelweg in water onder te dompelen en aan de lucht te laten drogen. De gegoten vormen behielden hun stabiliteit op de lange termijn en konden steeds opnieuw worden omgevormd tot een verscheidenheid aan 2D- en 3D-vormen. Hoewel het plastic niet voor direct contact met water mag worden gebruikt – omdat het zijn vorm verliest – kan het water vasthouden en in vochtige omstandigheden worden gebruikt. De CCi-bioplastics vertoonden hoogwaardige mechanische eigenschappen in vergelijking met kunststoffen die momenteel veel worden gebruikt.
“Ons onderzoek biedt een haalbare methode om andere milieuvriendelijke hydroplastics uit hernieuwbare bronnen te ontwerpen”, legt professor Kai Zhang van de Universiteit van Göttingen uit. “Dit zou nieuwe onderzoekspistes moeten openen en de verdere verkenning van andere duurzame bioplastics met superieure mechanische eigenschappen en nieuwe functies moeten stimuleren.”
Het hydrohardingsproces vermijdt dure en complexe machines en zware verwerkingsomstandigheden. Deze milieuvriendelijke methode vereenvoudigt de productie van kunststoffen aanzienlijk, waardoor de verwerking en recycling ervan zuiniger en duurzamer wordt. “Dit onderzoek biedt een enorm potentieel voor bioplastics zoals deze om in veel verschillende situaties te worden toegepast, zoals biologie, elektronica en geneeskunde”, zegt Zhang voordat hij eraan toevoegt: “Met name de schadelijke effecten van plastic op het milieu, dat schadelijk is voor alle levensvormen op aarde zouden worden geminimaliseerd door hydroplastics met hun unieke eigenschappen opnieuw te gebruiken.”