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Cellulose- statt Kunststoffbeschichtung kann Mikroplastikbelastung reduzieren
Eine Beschichtung aus Cellulose könnte die Kunststoffschicht in Coffee-to-go-Bechern ersetzen. In Laborversuchen hielt der neue Überzug heißen Flüssigkeiten und mechanischer Beanspruchung stand, während herkömmliche Kunststoffauskleidungen Abriebspuren zeigten. Das Material könnte außerdem dünneres Papier ermöglichen und das Recycling vereinfachen. Ob es die Belastung durch Mikroplastik im Alltag tatsächlich verringert, ist noch offen.
Waterloo (Kanada). Einwegbecher aus Papier enthalten meist eine dünne Kunststoffschicht, die verhindert, dass heißer Kaffee die Wand durchweicht. Die Kombination aus Papierfasern und Kunststoff macht die Wiederverwertung allerdings schwieriger, weil sich die Materialien nur schwer voneinander trennen lassen.
Eine Schutzschicht auf pflanzlicher Basis soll diese Barriere ersetzen und dennoch Flüssigkeiten zuverlässig zurückhalten. Dafür muss sie nicht nur Hitze und Feuchtigkeit vertragen, sondern auch beim Gebrauch am Papier haften und gegen Abrieb widerstandsfähig sein.
Forscher der University of Waterloo um Dr. Xiaowu (Shirley) Tang haben nun eine Beschichtung aus Celluloseacetat und Cellulose-Nanokristallen entwickelt. Das aus pflanzlicher Cellulose abgeleitete Acetat bildet den zusammenhängenden Film, während winzige kristalline Cellulosepartikel ihn mechanisch verstärken sollen.
Die Mischung wurde in einem geschlossenen Verfahren hergestellt und anschließend als dünne Schicht auf poröses Papier aufgetragen. Mikroskopische Aufnahmen zeigen, dass sie größere Poren überbrückt und sich teilweise mit den oberen Papierfasern verbindet. Weitere Messungen deuten auf Wechselwirkungen zwischen beiden Cellulosebestandteilen und dem Papier hin.
Bei Laborversuchen blieb der Überzug nach fünf Tagen in verschiedenen sauren, basischen und anderen Lösungsmitteln erhalten, ohne sich sichtbar vom Papier zu lösen. Laut offizieller Forschungsmitteilung überstand das Material außerdem längeren Kontakt mit kochendem Wasser und Speiseöl.
Auch die mechanischen Eigenschaften verbesserten sich. Die höchste Zugfestigkeit und Steifigkeit erreichten die beschichteten Proben bei fünf Gewichtsprozent Cellulose-Nanokristallen, während die Zähigkeit bis zu drei Gewichtsprozent zunahm. Bereits Celluloseacetat allein senkte die Sauerstoffdurchlässigkeit gegenüber unbeschichtetem Papier um mehr als das Zehnfache.
Im Vergleich mit handelsüblichen Bechern mit Polyethylenfolie traten bei längeren Abriebtests deutliche Unterschiede auf. Die Kunststoffschicht zeigte punktförmige Schäden und sich öffnende Ränder, während die neue Celluloseoberfläche weitgehend zusammenhängend und fest mit dem Papier verbunden blieb.
„Zu erfahren, wie leicht manche Kunststoffauskleidungen Partikel abgeben können, war verblüffend“, erklärt Dr. Xiaowu (Shirley) Tang.
Die Beschichtung ließ sich nach Angaben der Universität auch auf sehr leichtes Papier aufbringen, ohne ihre Schutzwirkung zu verlieren. Dadurch könnten für Einwegbecher künftig dünnere Papierlagen ausreichen, was den Materialverbrauch und möglicherweise die Herstellungskosten senken würde.