Poraba polimerov se je v zadnjih nekaj desetletjih močno povečala, za embalažo pa se porabi 42 odstotkov vseh polimernih materialov na svetu. Obsežna uporaba polimerov vpliva na okolje. Velika uporaba polimerov v embalaži za živila je posledica njihove priročnosti v primerjavi s tradicionalno stekleno in kovinsko embalažo. Polietilen (PE), polipropilen (PP) in polimlečna kislina (PLA) so najpogosteje uporabljeni polimeri v embalaži za živila. Trajnostni polimeri na biološki osnovi, kot je PLA, so običajno dražji od netrajnostnih embalažnih materialov na osnovi PP in PE. PLA ima potencial za izdelavo bolj trajnostnih embalažnih sistemov, saj je biopolimer iz naravnih virov in se pogosto uporablja v plastičnih folijah, steklenicah in biorazgradljivih medicinskih pripomočkih. Vendar PLA zaradi slabe toplotne stabilnosti, počasne kristalizacije in visokih stroškov ni primeren za uporabo pri shranjevanju živil, ki zahtevajo daljši rok trajanja. Namen naših raziskav je odpraviti omejitve PLA z vključitvijo biopolimerov, kot je lignin.

Lignin lahko pridobivamo kot poceni stranski proizvod iz kmetijskih in gozdnih biorafinerij in vsebuje več različnih funkcionalnih skupin (hidroksilne, karbonilne in karboksilne skupine). Vendar ima lignin zaradi polarnih funkcionalnih skupin, prisotnih v tej obliki, nekaj težav z združljivostjo s PLA. Z modifikacijo teh polarnih skupin v ligninu lahko znatno zmanjšamo težave z združljivostjo z matrico PLA ter izboljšamo mehanske in fizikalno-kemijske lastnosti PLA, ne da bi pri tem ogrozili biorazgradljivost.

Nedavno opravljeno delo v okviru projekta MSCA-PACK-NIN predlaga reakcijo modifikacije, oksipropilacijo hidroksilnih skupin lignina, ki poveča hidrofobnost in plastičnost polimera lignina. Modificirani kompoziti lignin/PLA z različnimi masnimi deleži so bili izdelani s postopkom mešanja in brizganja. Pri izdelanih kompozitih smo preučili lastnosti termične razgradnje in temperaturo steklastega prehoda, hladno kristalizacijo in temperaturo taline.  Na podlagi dobljenih rezultatov smo optimizirali masni delež modificiranega lignina v kompozitih. Na spodnji sliki so prikazani injekcijsko oblikovani vzorci kompozitov iz PLA z modificiranim ligninom in mikrografije SEM izbranih kompozitov po nateznem preskusu čistega PLA, PLA-lignina in PLA-modificiranega lignina.

Fotografije kompozitov lignin PLA in modificiranega PLA.

Za nadaljnji razvoj kompozitov bodo prihodnje raziskave vključevale dodatna testiranja, ki bodo podpirala uporabo embalaže za živila, vključno s študijami antioksidantov in razgradnje. Celoviti rezultati te študije so trenutno v strokovni recenziji.

Del študije je bil izveden v skupini SUSMATCHEM na Univerzi v Stockholmu na Švedskem.

Diseminacija

Rezultati raziskave so bili predstavljeni na:

1. “2^nd International Conference on Circular Packaging,” Slovenj Gradec, Slovenia, 9–10 September 2021.
2. “FIRST CIRCUL-A-BILITY CONFERENCE: Re-Thinking Packaging for Circular and Sustainable Food Supply Chains of the Future,” 26–29 September 2021 (online).

 Publikacija trenutno v procesu recenzije: “Characterization of Modified Lignin-PLA Biocomposites for Food Packaging Applications.”

Dr. Sudha Esakkimuthu, raziskovalka v InnoRenew CoE