Sürdürülebilir Ambalaj için Gomalak Bazlı Kaplama

Tayland Mae Fah Luang Üniversitesi Bilim Okulu ve London Queen Mary Üniversitesi Mühendislik ve Malzeme Bilimi Okulu’na bağlı araştırmacılar; hazır, kurutulmuş, dondurulmuş ve soğutulmuş gıdalara uygun ambalaj malzemelerinin geri dönüştürülebilir, kompostlanabilir ve sürdürülebilir bir şekilde gaz bariyeri özelliklerini iyileştirmek için gomalak bazlı bir kaplama geliştirdi.

Okaliptüs ağacı ya da şeker kamışı küspesi gibi yenilenebilir malzemelerden yapılan kalıplanmış kağıt hamuru; servis tepsileri, kapları ve içecek taşıyıcılarının nakliyesi sırasında
ürünleri korumak için sürdürülebilir bir ambalaj malzemesi olarak yaygın şekilde – kullanılmaktadır.

Kalıplanmış hamurun üretim hacmi, tüm kağıt bazlı ambalaj malzemelerinin %30’undan fazlasını temsil eder ve yenilenebilir hammaddelerine ek olarak geri dönüşüm ve kompostlama için de uygundur.

Bununla birlikte, malzemelerin zayıf gaz bariyeri özelliklerinin yanı sıra su ve yağa karşı sınırlı direnci, kalıplanmış hamurları birçok ürünün raf ömrünü ve kalitesini korumada uygunsuz hale getirmektedir.

Bu sorun, malzemelerin genellikle polietilen gibi petrol bazlı polimerler ve alüminyum
gibi ince bir metal tabakası ile lamine edilmesi ya da kaplanmasıyla çözülür, bu da geri dönüşümü ve kompostlamayı zorlaştırır.

Polymer International dergisinde 7 Şubat’ta yayınlanan bu çalışmanın amacı; çevresel sürdürülebilirliği ön planda tutarak çevre dostu, yenilenebilir ve biyolojik olarak parçalanabilen materyalleri baz alan yeni bir kaplama geliştirerek kalıplanmış hamurun bariyer özelliklerini ve yüzey direncini daha iyi hale getirmekti.

Gomalak, lak böceklerinin salgıladığı bir reçineden elde edilmekte ve yüzyıllardır ojelerden mobilya cilalarına ve çeşitli boyalara kadar pek çok üründe kullanılmaktadır.

En büyük gomalak üreticisi ülkeler arasında Hindistan, Tayland ve Çin yer almakla birlikte, Bangladeş, Myanmar, Laos, Vietnam ve Meksika’da da gomalak üretilmektedir.

Gomalak, polyester grubuna ait bir biyopolimerdir ve termoplastik yapısı, yağ direnci, iyi nem bariyeri ve toksik olmaması gibi özelliklerinden dolayı ilaç ve gıda endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Aynı zamanda iyi bir yapışma sağlar ve düşük toksisiteli solventlerde çözülebilir. Bununla birlikte, kırılgan yapısı ve yüksek oksijen geçirgenliği nedeniyle saf gomalaktan yapılan kaplama tabakaları yaygın olarak kullanılmamaktadır.

Bu çalışmada kalıplanmış bir hamur, bariyer ve yüzey direnci performansını iyileştirmek için nanofibrillenmiş selüloz (NFC) ve gomalaktan oluşan bir nanokompozit tabaka ile kaplandı.

Gomalak fazı ile uyumluluğu arttırmak ve NFC’nin su direncini arttırmak için, bir esterleştirme reaksiyonu yoluyla modifiye edilmiş nanofibrillenmiş selüloz (mNFC) hazırlandı. Araştırmacılar ayrıca, karşılaştırma yapabilmek amacıyla kaplanmamış numuneler ve saf gomalak ile kaplanmış numuneler hazırladılar.

Nanokompozit kaplama formülasyonunun (nanoselüloz içeriği ve modifikasyonu) yanı sıra kaplama tabakasının farklı kalınlıklarının kalıplanmış hamur üzerindeki etkileri, morfoloji,
bariyer özellikleri (su buharı iletim hızı [WVTR], OTR), su ve üretilen numunelerin yağ direnci, termal kararlılığı ve mekanik özellikleri sistematik olarak incelendi.

Araştırmacılar, su buharı ve oksijen iletim hızlarının, düşük yoğunluklu polietilen, yönlendirilmiş polipropilen ve polietilen tereftalat gibi geleneksel gıda paketleme malzemeleriyle aynı aralıkta olduğunu bildirdi.

Su temas açısı, yağ temas açısı ve yağ emme oranından oluşan test, nanokompozit kaplama tabakasının kalıplanmış kağıt hamuru tabakasına üstün su direnci ve iyi bir yağ geçirmez yüzey sağladığını gösterdi.

Kaplama tabakasının, özellikle gomalak ve mNFC ile kaplanmış numunelerde gerilme özelliklerini arttırdığı da görüldü.

Numuneler, gomalak tabakasının daha düşük termal bozunma sıcaklığına tabii tutulması ile iyi bir termal stabilite (yaklaşık 250 °C) elde etti ve bu, ambalajlama uygulamaları için
kullanımlarının uygun olduğunu doğruladı.

Mae Fah Luang Üniversitesi Fen Fakültesi’nden baş araştırmacı Profesör Nattakan Soykeabkaew, “Bir sonraki hedefimiz, malzeme seçimi ve tasarımının yanı sıra birtakım süreç modifikasyonları yoluyla daha ucuz ve ölçeklenebilir bir sürdürülebilir bir kaplama geliştirmektir” açıklamasını yaptı.

Ürünün ticari hale getirilmesinin önündeki mevcut engel, Profesör Soykeabkaew’in şu anda kullanımda olan malzemelerden üç ila on kat daha fazla olduğunu tahmin ettiği maliyetinde yatmaktadır. Ancak Profesör Soykeabkaew, kaplamanın “su/nem hassasiyetini azaltmak için diğer eko-malzemelere de uygulanabileceğini” belirtiyor.

Supattra Klayya et al, Sustainable nanocomposite coating for moulded pulp with enhanced barrier properties for food packaging applications, Polymer International (2022). DOI: 10.1002/pi.6469

Kaynak

https://phys.org/news/2023-02-shellac-based-coating-pulp-materials-suitable.html