KJEMI nr. 4 - 2017

8 KJEMI 4 2017 S ammen har en gruppe forskere fra Åbo Akdemi i Finland samt RiSE PFI og NTNU i Trondheim nylig publisert arbeid som demonstrerer en skalerbar teknikk for å legge tynne og hele nanocelluloselag på for eksempel papp. Altså et steg i retning realisering av potensielle alternativ til plast i matinnpakking. Materialets opprinnel- sessted? De norske skoger. Plast er billig, det er lett å bruke og det har attraktive egenskaper i innpak- king – deriblant gjennomsiktighet og barriereegenskaper. Imidlertid har plast også negative sider; stort sett produseres det av petrokjemikalier, olje hentet opp fra undergrunnsreservoirer. Som pro- dukter laget av olje representerer de en introduksjon av karbon til kretsløpet, og følgelig også CO 2 til atmosfæren, når plasten etter hvert brytes ned eller bren- nes opp, hvilket er uheldig. Dernest har vi plastens levetid – plast kan ligge i na- turen eller i fyllinger i mange hundre år før det er brutt ned. I verdens hav har dette allerede vist seg å være et stort og voksende problem, hvilket nylig har vært i medias søkelys gjentatte ganger. Ettersom vi til stadighet produserer mer og mer plast, og kun en liten andel resir- kuleres er det å finne alternativer svært viktig – spesielt for produkter med lav forventet levetid, som innpakkingsmate- rialer. Et slikt alternativ kan finnes i et ma- teriale som har vært kjent siden slutten av 1970-tallet, men først i nyere tid har fått god oppmerksomhet i akademia og industri: nanocellulose! Dette er materi- alet en gruppe forskere fra Trondheim og Turku har brukt som en mulig erstat- ter for plast som beskyttende lag i matinnpakking. Kanskje virker ikke ma- terialet kjent, men det er mye mulig vil du høre mer om det i fremtiden, da kan- skje som CNF. CNF står for Cellulose NanoFibriller, tidligere kalt Mikro­ Fibrillert Cellulose (MFC). Vi kan hente ut nanofibrene fra de fleste landbaserte planter, fra tremasse til avfall fra jord- bruk, og bruke dem i mange forskjellige situasjoner. Foruten å være fornybart, nedbrytbart og ikke giftig har materialet et veldig bredt potensiale – for eksempel brukes det som styrkegiver i andre mate- rialer (betong, papir, papp, laminat) og det har potensiale som kalorifritt fortyk- ningsmiddel i mat, skjærtynnende og fortykkende styrkegiver i maling, og mye mer. Alt dette er verdt egne artikler og mye kan sies om dem. Her vil vi be- grense oss til nanocellulose som plaster- statter i matinnpakking – og det spesifik- ke eksempelet vi fokuserer på her: bestrykning av papp med nanocellulose. Nanocellulose kan nemlig levere på flere sentrale punkter som er viktige for en god matinnpakking. Filmer av produktet er transparente, sterke og de blokkerer luft bedre enn kommersielle plastpro- dukter av samme tykkelse. Disse to punktene er fordeler plast lenge har skil- tet med. Ut over dette er nanocellulose spesielt egnet til å blokkere apolare gas- ser som oksygen, og kan dermed poten- sielt også erstatte uorganiske beskyttel- sessjikt i væskekartong (for eksempel aluminium), et ikke ubetydelig pluss. Ulikt plast kan nanocellulose brytes ned i naturen på kort tid. Materialet er spennende, men det å bruke nanocellulose (se figur 2) i faktis- ke produkter har ikke vist seg å være en triviell oppgave. Egenskapene til det tør- re materialet er på mange måter svært spennende, men på grunn av at nanocel- lulose er både cellulose og nanoskopisk er det noe utfordrende å komme fra labs- kala til industri. Cellulose er svært hy- drofilt, det vil si at det binder store mengder vann, og om man deler opp en stor plantefiber med lite overflateareal til mange små nanofibre med stort overfla- teareal vil mye mer vann bindes per gram cellulose. Dette er illustrert i figur 3 . Til venstre ser vi 25 bokser som er inntil hverandre, hver boks kan sies å være en nanofiber. Når de er bundet sammen som dette blir overflaten til bunten (rød) være 20 boks- lengder til sammen. Hvis vi plukker fra hverandre de 25 fibrene, som er det vi ser til høyre går vi fra 20 til 100 boks- lengder. I virkeligheten vil endringen i overflateareal være mye større enn illus- trasjonen viser. Når nanocellulose lages produserer man nanofibre med en dia- meter som kan være nede i 3.5 nm. Utgangspunktet er hule plantefibre som kan ha en diameter på flere mikrometer, gjerne et sted mellom 10 og 100. Endringen i overflateareal blir altså enorm – gjerne fra cirka 1-0,1 m 2 /g for plantefibre til flere hundre m 2 /g for na- nofibrillene. Overflateareal er viktig, og det er også kjemien. Som polymer har cellulo- se en rekke hydroksylgrupper som hver kan danne hydrogenbånd til for eksem- pel andre cellulosekjeder – det er dette NANOCELLULOSE – ett steg nærmere fremtidens innpakking Plast som materiale dominerer vår hverdag. Vi finner det i alt fra våre klær, via bygg og transport- midler, til kosmetikk og matinnpakking. Plast har blitt et miljøproblem, men vi er avhengige av produkter som nesten utelukkende er laget av plast – fornybare alternativ kan være nesten umulige å finne. Oljebaserte plastprodukter er altså et betydelig, og voksende, problem. Alternativer trengs, og i enkelte sammenhenger kan potensielle alternativer isoleres fra plantematerialer; nanocellulose er en mulig erstatning for plast og aluminiumslag i flere matinnpakkingsprodukter, som væskekartong. VEGAR OTTESEN, KRISTIN SYVERUD, ØYVIND WEIBY GREGERSEN, IKP, NTNU

RkJQdWJsaXNoZXIy MTQ3Mzgy