Un derivato dell'ossido di grafene potrebbe sostituire i PFAS / Graphene Oxide Derivative Could Replace PFAS
Un derivato dell'ossido di grafene potrebbe sostituire i PFAS / Graphene Oxide Derivative Could Replace PFAS
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato un nuovo materiale resistente all'acqua e all'olio che potrebbe diventare un sostituto sicuro e valido delle plastiche nocive e delle sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche (PFAS) tossiche presenti negli imballaggi alimentari.
Derivato dall'ossido di grafene, il materiale è atossico, ecologico e conveniente. Applicato a imballaggi per alimenti e bevande a base di carta, il materiale non solo offre eccezionali proprietà barriera, ma migliora anche significativamente la resistenza complessiva del prodotto. Questo potrebbe significare la fine di piatti di carta fragili e contenitori da asporto inzuppati. Dopo l'uso, gli imballaggi trattati con questo materiale possono essere facilmente compostati o riciclati, chiudendo il cerchio verso una soluzione realmente sostenibile.
GO-Eco, una sussidiaria di Chang Robotics ed una startup residente presso il Querrey InQbation Lab (The Q) di Northwestern, sta commercializzando il prodotto in attesa di brevetto. Recenti valutazioni indipendenti e di terze parti, basate sugli standard di settore, hanno dimostrato che il materiale di Northwestern migliora significativamente la resistenza e le proprietà barriera rispetto alle soluzioni attualmente disponibili in commercio.
"Non si tratta solo di un'innovazione nei materiali; è una soluzione pronta per il mercato", ha affermato Timothy Wei, che ha co-sviluppato il prodotto. "Siamo entusiasti di portare GO-Eco dal laboratorio alla produzione, con applicazioni che potrebbero rivoluzionare l'intero settore del packaging alimentare".
Wei è professore a contratto di ingegneria meccanica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern University, responsabile scientifico di Chang Robotics ed ex preside di ingegneria presso l'Università del Nebraska-Lincoln. Ha sviluppato il prodotto in collaborazione con l'esperto di ossido di grafene SonBinh Nguyen, professore di chimica presso il Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern University.
L'urgenza di nuove soluzioni è evidente. Dopo aver analizzato i dati provenienti da diverse fonti, il gruppo di GO-Eco stima che solo negli Stati Uniti si producano ogni anno circa 14 milioni di tonnellate di imballaggi alimentari a base di carta e cartone ondulato, generando oltre 60 miliardi di dollari di vendite annuali. Questi prodotti sono spesso rivestiti con plastica, lamina o PFAS per ottenere resistenza all'acqua e all'olio, nonostante le crescenti pressioni normative per l'eliminazione di questi materiali a causa dei rischi per l'ambiente e la salute. Sebbene esistano alcune alternative di origine biologica, il loro costo elevato le ha rese commercialmente impraticabili.
La potenziale soluzione a questo problema globale è nata da decenni di ricerca nei laboratori di Nguyen e Wei. Mentre il gruppo di ricerca di Nguyen ha pubblicato numerosi articoli sulla caratterizzazione e la produzione dell'ossido di grafene, Wei vanta una profonda esperienza nella produzione avanzata e nell'industria alimentare. Insieme, hanno sviluppato un nuovo processo proprietario che sfrutta le proprietà uniche dell'ossido di grafene – fogli di atomi di carbonio ossidati dello spessore di un singolo atomo – per migliorare le proprietà barriera di prodotti in carta e cartone.
Dopo aver sviluppato il processo, il gruppo ha testato rigorosamente il materiale su una vasta gamma di prototipi di imballaggi per alimenti e bevande, tra cui scatole di cartone, sacchetti di plastica per prodotti alimentari e stoviglie monouso, come piatti, bicchieri e cannucce. In ogni caso, il nuovo materiale ha reso questi prodotti resistenti ad acqua, olio e grasso, aumentando al contempo la resistenza dei substrati cartacei. Il Q, l'Ufficio di Ricerca Universitaria della Northwestern University e le Alumnae della Northwestern University hanno inizialmente supportato la ricerca con un tirocinio.
Grazie al recente finanziamento di un importante produttore nazionale di stoviglie ed al coinvolgimento attivo di numerosi partner del settore, GO-Eco ha portato i test di prodotto dalla fase di laboratorio presso The Q a valutazioni complete e standard di settore presso l'impianto pilota per la produzione di carta della Western Michigan University. Questi test hanno confermato che l'applicazione di piccole quantità di ossido di grafene aumenta le prestazioni di barriera e la resistenza della carta dal 30 al 50% rispetto a quanto comunemente utilizzato sul mercato. Il costo rimane inoltre paragonabile a quello degli attuali prodotti barriera commerciali. Questi risultati si applicano ad un'ampia gamma di materiali, dai prodotti in fibra stampata, come le stoviglie, agli imballaggi in cartone ondulato.
Grazie ad un accordo di licenza esclusivo con Northwestern ed al supporto di The Q, GO-Eco sta trasformando la scienza in una tecnologia commercializzabile. Il gruppo sta attivamente discutendo di produzione e test pilota con diverse aziende. I prossimi passi di GO-Eco includono l'aumento della produzione su larga scala, l'ottenimento delle autorizzazioni FDA per il contatto con gli alimenti e la certificazione di riciclabilità e compostabilità della carta trattata con ossido di grafene. Prevede inoltre di condurre una sperimentazione di produzione su larga scala per prototipi di fibre stampate e fogli di carta tradizionali.
ENGLISH
Researchers have developed a new water- and oil-resistant material that could replace PFAS in food packaging.
Northwestern University researchers have developed a new water- and oil-resistant material that could become a safe, viable replacement for harmful plastics and toxic per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in food packaging.
Derived from graphene oxide, the material is non-toxic, environmentally friendly and affordable. When applied to paper-based food and beverage packaging, the material not only provides exceptional barrier properties but also significantly enhances the product’s overall strength. This could mean an end to flimsy paper plates and soggy takeout containers. After use, packaging treated with the material can be readily composted or recycled — closing the loop on a truly sustainable solution.
GO-Eco — a subsidiary of Chang Robotics and a resident startup at Northwestern’s Querrey InQbation Lab (The Q) — is commercializing the patent-pending product. Recent independent, third-party industry-standard evaluations have shown that Northwestern’s material significantly improves strength and barrier properties compared to current commercially available solutions.
“This is not just a materials innovation; it’s a market-ready solution,” said Timothy Wei, who co-developed the product. “We are thrilled to be taking GO-Eco from the lab to the factory floor, with applications that could ultimately transform the entire food packaging industry.”
Wei is an adjunct professor of mechanical engineering at Northwestern’s McCormick School of Engineering, chief scientist at Chang Robotics and former dean of engineering at the University of Nebraska-Lincoln. He co-developed the product with graphene oxide expert SonBinh Nguyen, a professor of chemistry at Northwestern’s Weinberg College of Arts and Sciences.
The urgency for new solutions is clear. After analyzing numbers from various sources, the GO-Eco team estimates the U.S. alone produces approximately 14 million metric tons of paper-based food packaging and corrugated cardboard each year, generating more than $60 billion in annual sales. These products are often coated with plastic, foil or PFAS to achieve water- and oil-resistance, despite mounting regulatory pressures to eliminate these materials due to environmental and health risks. While some bio-based alternatives exist, their high cost has rendered them commercially unviable.
The potential solution to this global problem came from decades of research from Nguyen’s and Wei’s labs. While Nguyen’s research group has published extensively on characterizing and manufacturing graphene oxide, Wei brings deep expertise in advanced manufacturing and the food industry. Together, they developed a new proprietary process that harnesses the unique properties of graphene oxide — oxidized single-atom-thick sheets of carbon atoms — to enhance the barrier properties of paper and cardboard products.
After developing the process, the team rigorously tested the material on a diverse range of food- and beverage-packaging prototypes, including cardboard boxes, plastic produce bags and disposable tableware, such as plates, cups and straws. In every instance, the new material rendered these products resistant to water, oil and grease, while simultaneously boosting the strength of the paper substrates. The Q, Northwestern’s Office of Undergraduate Research and The Alumnae of Northwestern University initially assisted the research with internship support.
With recent funding from a major national tableware manufacturer and active engagement from multiple industry partners, GO-Eco has advanced product testing from the laboratory stage at The Q to comprehensive, industry-standard evaluations at Western Michigan University’s Paper Pilot Plant. These tests confirmed that applying small amounts of graphene oxide increases barrier performance and paper strength by 30 to 50% over what is commonly used in the market. And the cost remains comparable to current commercial barrier products. These findings apply to a broad array of materials — from molded fiber products, such as tableware, to corrugated cardboard packaging.
Through an exclusive licensing agreement with Northwestern and support from The Q, GO-Eco is transitioning the science into a commercialized technology. The team is actively discussing production and pilot testing with several companies. GO-Eco’s next steps include scaling production, pursuing FDA food-contact approvals and certifying the recyclability and compostability of paper treated with graphene oxide. It also plans to conduct a full-scale production trial for molded fiber and traditional paper-sheet prototypes.
Da:
https://www.technologynetworks.com/applied-sciences/news/graphene-oxide-derivative-could-replace-pfas-400308
Commenti
Posta un commento