Papier of plastic?

Professor Zenji Hiroi van het Institute for Solid State Physics aan de Universiteit van Tokyo en zijn team onderzoeken manieren waarop materiaalwetenschap kan helpen om het probleem van plastic dat in de natuur terechtkomt aan te pakken, en hun recente ontdekking heeft tot doel sommige toepassingen van plastic te vervangen door iets anders : papier.

"Het grootste probleem met plastic materialen zoals ik het zie, is hun onvermogen om snel en veilig af te breken", zei Hiroi. "Er zijn materialen die veilig kunnen worden afgebroken, zoals papier, maar het is duidelijk dat papier niet kan voldoen aan het brede scala aan toepassingen dat plastic kan. We hebben echter een manier gevonden om papier enkele van de mooie eigenschappen van plastic te geven, zonder de nadelen. We noemen het Choetsu, een goedkope biologisch afbreekbare coating die eenvoudig papier waterafstotend en steviger maakt."

Choetsu is een combinatie van materialen die, wanneer aangebracht op papier, spontaan een sterke en waterdichte film vormt wanneer het in contact komt met vocht in de lucht. De coating bestaat uit veilige en goedkope chemicaliën, meestal methyltrimethoxysilaan, wat isopropylalcohol en een kleine hoeveelheid tetraisopropyltitanaat. Met dit vloeibare mengsel worden papierstructuren, bijvoorbeeld voedselcontainers, besproeid of gedompeld en bij kamertemperatuur gedroogd. Eenmaal droog, vormt zich een dunne laag silica met methyl, een soort alcohol, op de cellulose waaruit het papier bestaat, wat zorgt voor de sterke en waterdichte eigenschappen.

Bovendien creëren reacties die plaatsvinden tijdens het coatingproces automatisch een laag titaniumdioxide-nanodeeltjes. Deze geven aanleiding tot een vuil- en bacterieafstotende eigenschap die bekend staat als fotokatalytische activiteit, die het gecoate item voor een langere periode beschermt. Alle chemicaliën die bij de coating betrokken zijn, breken na verloop van tijd af tot onschadelijke dingen zoals koolstof, water en zandachtig silicium.

Choetsu onder de microscoop. Een sectie van Choetsu-gecoat papier met een doorsnede van een fractie van een millimeter bekeken met verschillende soorten röntgenstralen om de verdeling van verbindingen te zien. Si is silicium, C is koolstof en Ti is titanium. Hiroi et al. 

"De technische uitdaging is voltooid en sommige toepassingen kunnen binnenkort worden gerealiseerd, zoals artikelen voor het consumeren, verpakken of bewaren van voedsel", aldus Hiroi. "We hopen deze aanpak nu ook op andere soorten materialen toe te passen. De vloeibare samenstelling kan worden afgestemd op andere materialen en we kunnen een vuil- en schimmelbestendige coating creëren die zich op glas, keramiek en zelfs andere kunststoffen kan vormen om hun bruikbaarheid te vergroten. Samen met onderzoeker Yoko Iwamiya, die al een tijdje in dit veld werkt, en de rest van mijn team, hoop ik dat we iets echt goeds voor de wereld kunnen doen."