Nieuw biologisch afbreekbaar plastic schijnt in levendige kleuren zonder kleurstoffen of pigmenten

Kunststoffen zijn een van de grootste bronnen van vervuiling op aarde, die jaren op land of in water duren. Maar een nieuw type briljant gekleurde plastic op het gebied van cellulose gedetailleerd in ACS nano zou dat kunnen veranderen. Door citroenzuur- en inktvisink toe te voegen aan een op cellulose gebaseerd polymeer, creëerden onderzoekers een verscheidenheid aan structureel gekleurde kunststoffen die in sterkte vergelijkbaar waren met traditionele kunststoffen, maar gemaakt van natuurlijke biologisch afbreekbare ingrediënten en gemakkelijk gerecycled met behulp van water.

Veel kunststoffen worden geverfd met behulp van gespecialiseerde kleurstoffen, waardoor deze materialen moeilijk te recyclen kunnen maken met behulp van typische processen. Na verloop van tijd kunnen kleurstoffen vervagen of uitlogen in het milieu, waardoor risico’s zijn voor dieren in het wild. Een manier om deze kleurstoffen grotendeels onnodig te maken, kan een fenomeen zijn dat structurele kleur wordt genoemd. Dit gebeurt wanneer kleine structuren in een materiaal bepaalde golflengten van licht weerspiegelen in plaats van een kleurstof- of pigmentmolecuul. Structurele kleur geeft pauwenveren en vlindervleugels hun levendige tinten en schitterende glans, maar bepaalde synthetische polymeren vertonen ook structurele kleur.

Hydroxypropylcellulose (HPC), een derivaat van cellulose die vaak wordt gebruikt in voedingsmiddelen en farmaceutische producten, is een voorbeeld van een materiaal dat structurele kleur kan vertonen. In vloeibare vorm schijnt het in iriserende tonen, maar de chemische eigenschappen hebben het historisch moeilijk gemaakt om in een vast plastic te vormen. Onderzoekers Lei Hou, Peiyi Wu en collega’s wilden zien of ze de chemie van HPC konden verfijnen om levendige, structureel gekleurde kunststoffen te creëren die werkten, evenals bestaande petroleumgebaseerde kunststoffen en milieuvriendelijk waren.

De onderzoekers voegden citroenzuur, inktvis inktpoeder en water toe aan het HPC-polymeer, dat extra waterstofbindingen in het polymeer vormde, waardoor een stevig materiaal ontstond als het bij kamertemperatuur aan de lucht is gedroogd. De uiteindelijke tint van het gedroogde materiaal hing af van de hoeveelheid citroenzuur, zodat de onderzoekers in staat waren om blauwe, groene, oranje en rode versies te creëren. De uiteindelijke kleurintensiteit hing af van de hoeveelheid aanwezige inktersinkpoeder.

Vervolgens hebben ze deze vloeibare formulering 3D gedrukt in een verscheidenheid aan vormen die in kleine structuren werden gevormd, gevormd in een dunne film en voorzichtig in pinwheels en origami-kranen gevouwen.

Omdat de kunststoffen opgelost in water, kan het oorspronkelijke plastic op HPC gebaseerde plastic in nieuwe vormen worden hervormd nadat ze opnieuw zijn gedroogd. Het gerecyclede plastic had mechanische eigenschappen die vergelijkbaar waren of superieur waren aan die van de meeste commerciële, nieuw vervaardigde kunststoffen. Dit werk biedt een efficiënte strategie om de volgende generatie van duurzame, kleurstofvrije kunststoffen te ontwikkelen, zeggen de onderzoekers.