"Super-rutschige" Verpackungen reduzieren Food Waste
(Innovationsgesellschaft) Es ist ärgerlich, wenn ein Teil vom Ketchup beim Ausquetschen des Beutelchens, das man zu den Pommes erhält, zurückbleibt. Essensreste, die in Verpackungen zurückbleiben, sind aber nicht nur ein Ärgernis, sie tragen auch zu den Tonnen "Food Waste" bei, die jedes Jahr im Abfall landen. Diese kleinen, sich anhäufenden Mengen von klebrigem Essen wie beispielsweise Gewürze, Milchprodukte, Getränke und manchmal Fleischerzeugnisse, die in ihrer Verpackung zurückbleiben, addieren sich über längere Zeit zu grossen Mengen.
Ein Forschungsprojekt am Virginia Tech zielt darauf ab, Essensabfälle durch eine neue Methode in "super-rutschiger" Verpackung zu reduzieren - und gleichzeitig auch noch den Frust bei Kunden! Die Studie wurde in Scientific Reports veröffentlicht und beschreibt eine Methode, die chemisch kompatible pflanzliche Öle in Oberflächen von gewöhnlichem, extrudiertem Plastik einarbeitet.
Diese neue Technik kann für günstigen und leicht erhältliche Kunststoffe, wie Polyethylen oder Polypropylen verwendet werden.
Diese Kohlenwasserstoff-basierten Polymere machen bis zu 55% der gesamten Nachfrage nach Plastik weltweit aus. Somit ist das Potential für die Technik weit grösser als nur in Ketchup-Päckchen. Diese Arten von Plastik gehören zudem zu den Sorten, die am einfachsten rezykliert werden können.
"Die bisherigen SLIPS (slippery liquid-infused porous surfaces) waren aus Silicon- oder Fluor-basierten Polymeren gemacht, was sehr teuer ist", sagt Ranit Mukherjee, ein Doktorand im Departement of Biomedical Enigneering and Mechanics am College of Engineering und Hauptautor der Studie. "Wir können unsere SLIPS aber aus diesen Kohlenwasserstoff-basierten Polymeren herstellen, welche breit angewendet werden können in alltäglichen Verpackungsprodukten."
SLIPS wurden erstmals 2011 von Forschern der Harvard University kreiert und sind poröse Oberflächen oder absorbende Polymere, welche ein chemisch kompatibles Öl durch Dochtwirkung innerhalb ihrer Oberfläche halten können. Diese Oberflächen sind nicht nur sehr rutschig, sondern auch selbstreinigend, selbstheilend und langlebiger als traditionelle superhydrophobe Oberflächen.
Damit SLIPS die Öle halten kann, muss die Oberfläche eine Art nano- oder mikro-Rauhigkeit aufweisen, welche das Öl durch Oberflächenspannung an Ort und Stelle halten kann. Die Rauhigkeit kann auf zwei Arten erreicht werden: Das Oberflächenmaterial wird durch eine applizierte Beschichtung rauh gemacht, oder das Material besteht aus einem absorbierenden Polymer. Im zweiten Fall weist die molekulare Struktur des Materials selbst die notwendige nano-Rauhigkeit auf.
Die bisherigen SLIPS aus Silicon- oder Fluor-basierten Polymeren sind nicht besonders geeignet für die industrielle Produktion, da die Kosten hoch sind und der Prozess um Rauhigkeit zu erreichen, ebenfalls teuer und kompliziert ist.
"Wir haben zwei grosse Durchbrüche gehabt", sagt Jonathan Boreyko, Assistenzprofessor für biomedizinischen Maschinenbau und ein Co-Autor der Studie. "Wir benutzen nicht nur diese günstigen und stark nachgefragten Kohlenwasserstoff-Polymere, sondern müssen erst noch keine Oberflächenrauhigkeit erschaffen. Wir haben Öle gefunden, die von Natur aus kompatibel sind mit dem Plastik, weshalb sie sich an den Plastik absorbieren und nicht in eine Rauhigkeit, die wir applizieren."
"Wir fügen zudem keine mysteriösen Nanopartikel in die Oberflächen des Plastiks ein, welche die Konsumenten verunsichern könnten", sagt er. "Wir benutzen natürliche Öle wie Baumwollsamenöl und es gibt keine gesundheitlichen Bedenken."
Die Methode hat einerseits grosses Potential für die Food- und Verpackungsindustrie, könnte auch breite Anwendung in der Pharmazie finden. Die eingeölten Plastikoberflächen sind natürlicherweise anwuchsverhindernd und verhindern damit bakterielle Adhäsion und Wachstum.
Das Prinzip stammt aus der Natur und kommt bei der Kannenpflanze vor. Dies ist eine fleischfressende Pflanze, welche Insekten an die Kante ihrer Kanne lockt, welche wiederum mit Nektar und Verdauungsenzymen gefüllt ist. Die Blätter, welche der Pflanze ihren Namen geben, haben einen Ring, welcher durch eine abgesonderte Flüssigkeit rutschig gemacht wird. Wenn die Insekten auf dem Ring landen, rutschen sie in den Verdauungstrakt der Pflanze.
"Die rutschige Kante der Kannenpflanze hat wirklich unsere SLIPS inspiriert", sagt Mukherjee.
Das "Super-Rutsch-Prinzip" der Kannenpflanze, welches nun von Ingenieuren mit Erfolg kopiert wird - ist eine Kombination aus Schmiermittel und einer Art Oberflächenrauhigkeit, welche wiederum das Schmiermittel durch Oberflächenspannung festhalten kann.
"Wir benutzen dasselbe Konzept, aber die Rauhigkeit die wir verwenden, ist einfach ein gewöhnliches Merkmal von alltäglichem Plastik. Das ist äusserst praktisch", sagt Boreyko.
Quelle: https://vtnews.vt.edu/articles/2018/07/super-slippery-packaging-reduces-food-waste.html
Ursprünglicher Artikel: https://www.nature.com/articles/s41598-018-29823-7