Biopolimery wzmocnione biowłóknami

Tworzywa sztuczne wykonuje się z produktów rafinacji ropy naftowej, której zasoby się wyczerpują. Nie ulegają one biodegradacji i choć w znacznej mierze nadają się do recyklingu, proces ten nie zawsze jest opłacalny pod względem energetycznym. Naukowcy zdołali znacznie poprawić funkcjonalność obiecującego biopolimeru PHB poprzez modyfikację procesu fermentacji i wzmocnienie nanowłóknami pochodzenia biologicznego.

Prace prowadzone w ramach finansowanego ze środków UE projektu BUGWORKERS (New tailor-made PHB-based nanocomposites for high performance applications produced from environmentally friendly production routes) zaowocowały stworzeniem opłacalnego i przyjaznego dla środowiska bionanokompozytu do produkcji sprzętu AGD oraz urządzeń informatycznych i telekomunikacyjnych.

Badaczom udało się opracować sposób wytwarzania specjalnej struktury biopolimeru PHB, która zapewnia ulepszone funkcjonalności w porównaniu do dostępnego na rynku PHB. Obejmują one lepsze właściwości termiczne i chemiczne, lepszą kompatybilność z włóknami celulozowymi, większą łatwość obróbki i wyższą odporność na uderzenia.

Kluczową rolę odegrały mieszaniny cukrów prekursorów, którymi żywiono bakterie. Uzyskano je z hydrolizatu słomy pszenicy stanowiącej odpad rolniczych, co zapewnia oszczędność kosztów i nie stanowi konkurencji dla sektora produkcji żywności. Dzięki optymalizacji połączenia pożywek i prekursorów uzyskano wysoką wydajność wytwarzania ulepszonego PHB.

Badacze opracowali też opłacalne procesy uzyskiwania nanowłókien celulozowych i nanowłókien ligniny o nowych funkcjonalnościach z odpadów drewna lignocelulozowego. Enzymy są naturalnymi katalizatorami. Zespół wykorzystał zatem ekologiczne procesy enzymatyczne w celu oddzielenia składników biomasy drzewnej i wytworzenia nanowłókien, które mają właściwości przeciwbakteryjne, zmniejszają palność i posiadają zdolność samoorganizacji.

Za pomocą standardowych urządzeń do wytłaczania i formowania wtryskowego pomyślnie wykonano złożone, wielowarstwowe części przy użyciu PHB i obu typów włókien. Części wykazywały przy tym znacznie ulepszone właściwości mechaniczne. Przygotowano części demonstracyjne do użycia w czterech różnych studiach przypadku w zastosowaniach przemysłowych.

Rosnące ceny ropy naftowej w połączeniu z potrzebą znalezienia ekologicznych alternatyw dla konwencjonalnych tworzyw sztucznych mogą przyczynić się do szybszego upowszechnienia bionanokompozytów BUGWORKERS na rynku. Uzyskane materiały są biodegradowalne, ekologiczne i uzyskiwane z zasobów odnawialnych niepochodzących z żywności, a wśród ich licznych potencjalnych zastosowań można wymienić na przykład opakowania i systemy biomedyczne. Stanowi to zapowiedź istotnych korzyści dla producentów, konsumentów i środowiska.