Создана биоразлагаемая пленка, не уступающая пластику по защитным свойствам

Биологически разлагаемая пленка из натуральных ингредиентов, содержащихся в растениях, грибах и пищевых отходах. Автор: ACS Applied Polymer Materials (2025). DOI: 10.1021/acsapm.5c02909

Пластиковая упаковка повсеместно распространена в нашем мире, а её отходы попадают на свалки и загрязняют океаны, где могут разлагаться веками.

Чтобы уменьшить эту экологическую нагрузку, промышленность работает над внедрением возобновляемых биополимеров вместо традиционных пластиков. Однако разработчики устойчивой упаковки сталкивались с трудностями в блокировании влаги и кислорода — барьера, критически важного для защиты продуктов питания, фармацевтических препаратов и чувствительной электроники.

Теперь исследователи из Технологического института Джорджии разработали биологически разлагаемую пленку из натуральных ингредиентов, содержащихся в растениях, грибах и пищевых отходах, которая может блокировать влагу и кислород так же эффективно, как обычные пластики. Их результаты были недавно опубликованы в журнале ACS Applied Polymer Materials.

«Мы используем материалы, которые уже распространены в природе и разлагаются в ней, чтобы производить упаковку, которая не будет загрязнять окружающую среду в течение сотен или даже тысяч лет», — сказал Карсон Мередит, профессор Школы химической и биомолекулярной инженерии Технологического института Джорджии и исполнительный директор Института возобновляемых биопродуктов. «Наши пленки, состоящие из биоразлагаемых компонентов, превосходят или соответствуют по характеристикам обычные пластики в сохранении свежести и безопасности продуктов питания».

Исследовательская группа Мередита работала более десяти лет над созданием экологически чистых барьеров для упаковки от кислорода и воды. Хотя более ранние исследования с использованием биополимеров показывали перспективность, высокая влажность продолжала ослаблять барьерные свойства.

Однако Мередит и его коллеги нашли решение, используя смесь этих натуральных ингредиентов: целлюлозы (которая придает структуру растениям), хитозана (получаемого из пищевых отходов ракообразных или грибов) и лимонной кислоты (из цитрусовых фруктов).

«Сшивая эти материалы и добавляя термическую обработку, мы создали тонкую пленку, которая снижает передачу как влаги, так и кислорода, даже в жарких и влажных условиях, имитирующих тропики», — сказал ведущий автор Ян Лу, бывший постдокторант в Школе химической и биомолекулярной инженерии Технологического института Джорджии.

Барьерная технология, разработанная исследователями, состоит из трех основных компонентов: углеводного полимера для структуры, пластификатора для поддержания гибкости и водоотталкивающей добавки для сопротивления влаге. При формировании в тонкие пленки эти ингредиенты самоорганизуются на молекулярном уровне, образуя плотную, упорядоченную структуру, которая сопротивляется набуханию или размягчению при высокой влажности.

Даже при относительной влажности 80% пленки показали чрезвычайно низкую проницаемость для кислорода и передачу водяного пара, соответствуя или превосходя обычные пластики, такие как полиэтилентерефталат (ПЭТ) и полиэтиленвиниловый спирт (EVOH).

«Наш подход создает барьеры, которые не только возобновляемы, но и механически прочны, предлагая многообещающую альтернативу обычным пластикам в упаковочных приложениях», — сказала Натали Стингелин, профессор и заведующая Школой науки о материалах и инженерии Технологического института Джорджии.

Больше информации: Yang Lu et al, Transforming Renewable Carbohydrate-Based Polymers into Oxygen and Moisture Barriers at Elevated Humidity, ACS Applied Polymer Materials (2025). DOI: 10.1021/acsapm.5c02909

Источник: Georgia Institute of Technology