Material de revestimento de papel sustentável e de alto desempenho pode reduzir a poluição por microplásticos
(a) Estrutura química do revestimento de poli(álcool vinílico) reticulado com ácido bórico no papel, (b-c) Propriedades de barreira ao oxigênio e ao vapor de água, (d-f) Resistência à tração em condições secas e úmidas. OTR:Taxa de transmissão de oxigênio, WVTR:Taxa de transmissão de vapor d'água. Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) A poluição plástica apresenta um desafio global que deve ser resolvido. Em particular, as embalagens representam 30–50% do consumo total de plástico. Embora a embalagem de papel seja ecologicamente correta, ela carece de funcionalidades cruciais, como resistência à umidade e resistência. Os materiais de revestimento tradicionais agravam a poluição plástica, suscitando a necessidade de alternativas sustentáveis.
O polietileno (PE) e o álcool etilenovinílico (EVOH) são normalmente usados como materiais de revestimento para melhorar as propriedades de baixa barreira das embalagens de papel, mas essas substâncias não se decompõem e pioram a poluição por microplásticos quando descartadas no ambiente natural.
Em resposta a este problema, foram desenvolvidos materiais de embalagem feitos de substâncias de base biológica e plásticos biodegradáveis, mas na maioria dos casos, à medida que o desempenho da embalagem melhora, a biodegradabilidade diminui rapidamente.
Uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo Professor Jaewoo Myung do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, pelo Professor Hanseul Yang do Departamento de Ciências da Vida e pelo Professor Jongcheol Seo do Departamento de Embalagem e Logística da Universidade Yonsei enfrentou o desafio de equilibrar o desempenho da embalagem e sustentabilidade. Eles desenvolveram com sucesso um material de revestimento de papel sustentável, biodegradável marinho e de alto desempenho.
O trabalho foi publicado nas revistas Green Chemistry e Química Alimentar .
(a) Papel normal e papel revestido com poli(álcool vinílico) reticulado com ácido bórico, (b) Biodegradação do papel revestido por bactérias marinhas, (c) Resultado do teste de citotoxicidade utilizando rim embrionário humano e células fibroblásticas embrionárias de rato. (d) Órgãos vitais após exposição de um mês dos papéis revestidos a camundongos. Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST)
A equipe utilizou poli(álcool vinílico) (PVA) reticulado com ácido bórico, um plástico biodegradável, para revestir o papel, aumentando assim sua biodegradabilidade, propriedades de barreira e resistência. O papel revestido resultante apresentou desempenho superior em comparação aos plásticos convencionais, com excelentes propriedades de barreira e resistência física, mesmo em condições úmidas.
A equipe também realizou um exame aprofundado da biodegradação e da biocompatibilidade para avaliar sistematicamente a sustentabilidade do papel revestido recentemente desenvolvido. A biodegradação foi avaliada simulando o ambiente marinho, conhecido pelas suas condições desafiadoras de biodegradabilidade.
A equipe empregou um biorreator baseado no sistema respiratório para medir o grau de mineralização do carbono em dióxido de carbono. Após 111 dias de biodegradação, verificou-se que os papéis revestidos atingiram 59–82% de biodegradação dependendo do componente do revestimento.
O fenômeno em que bactérias marinhas decompõem o material de revestimento foi capturado através de um microscópio eletrônico de varredura. Além disso, a biocompatibilidade in vitro foi confirmada através de rim embrionário humano e células fibroblásticas embrionárias de camundongo, bem como a alta biocompatibilidade in vivo do papel revestido foi verificada através de experimentos com camundongos.
Através deste estudo, a equipa conjunta de investigação propôs uma estratégia de revestimento que pode melhorar o desempenho das embalagens, ao mesmo tempo que mantém a sustentabilidade para resolver os inconvenientes das embalagens de papel. O papel revestido com PVA reticulado com ácido bórico elimina a necessidade de condições artificiais de compostagem ou instalações de tratamento de esgoto.
Sendo biodegradável em ambientes naturais e caracterizado pela baixa toxicidade, este papel recém-revestido não agrava a poluição ambiental quando descartado acidentalmente. Assim, apresenta um substituto sustentável para materiais de embalagem plástica.
Cenário de fim de vida de papéis revestidos por PVA reticulado BA em ambiente marinho. Os papéis revestidos podem ser potencialmente desintegrados por microorganismos marinhos e ondas e marés oceânicas. A despolimerização do revestimento e do papel PVA é então mediada por despolimerases extracelulares, como oxidases e celulases, após as quais as pequenas subunidades (oligômeros e monômeros) são assimiladas pelas células microbianas. Os componentes de carbono nos papéis revestidos são finalmente mineralizados em CO2 , não representando nenhum dano ao oceano. Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST)
O professor Jaewoo Myung da KAIST, que liderou o estudo de sustentabilidade do papel revestido, disse:"O desenvolvimento de um revestimento de papel biodegradável marinho de alto desempenho é o resultado da combinação de tecnologias inovadoras de três equipes de pesquisa líderes em cada campo. Continuaremos a desenvolver materiais sustentáveis com excelente desempenho."
O professor Jongchul Seo, da Universidade Yonsei, que liderou a pesquisa sobre o desenvolvimento de revestimento de papel de alto desempenho, disse:"Através desta pesquisa, desenvolvemos uma tecnologia de embalagem de papel sustentável que pode substituir embalagens plásticas não degradáveis, e esperamos que a pesquisa resultado será aplicado na indústria."
