Material- und Umwelteigenschaften natürlicher Polymere und ihrer Verbundstoffe für Verpackungsanwendungen – Ein Überblick

Der aktuelle Trend zur Verwendung von Kunststoffmaterial in der Herstellung von Verpackungsprodukten wirft ernsthafte Umweltbedenken auf, da Abfälle an Land und in den Ozeanen und andere Umweltverschmutzungen entsorgt werden. Natürliche Polymere wie Cellulose, Stärke, Chitosan und aus erneuerbaren Ressourcen extrahierte Proteine werden intensiv als Alternativen zu Kunststoffen aufgrund ihrer biologischen Abbaubarkeit, Biokompatibilität, ungiftigen Eigenschaften und reichlichen Verfügbarkeit untersucht. Die Zugfestigkeit und die Eigenschaften der Wasserdampfsperre sowie die Umweltauswirkungen natürlicher Polymere spielten eine Schlüsselrolle bei der Bestimmung der Eignung dieser Materialien für Verpackungsanwendungen. Das spröde Verhalten und die hydrophilen Eigenschaften natürlicher Polymere verringerten die Festigkeits- und Wasserdampfsperreeigenschaften. Die Zugabe von Weichmachern, Vernetzungsmitteln und Verstärkungsmitteln verbesserte jedoch die mechanischen Eigenschaften und die Wasserdampfwiderstandsfähigkeit erheblich. Die Dispersionsfähigkeiten und die starke interfaciale Haftung von Nanocellulose mit natürlichen Polymeren verbesserten die Zugfestigkeit und die Wasserdampfsperreeigenschaften von auf natürlichen Polymeren basierenden Verpackungsfolien. Die maximale Zugfestigkeit dieser Verbundfolien lag etwa 38 bis 200 % über der von Folien ohne Verstärkung. Die Wasserdampfsperreeigenschaften von Verbundfolien verringerten sich ebenfalls um bis zu 60 % mit Nanocelluloseverstärkung. Die starke Wasserstoffbindung zwischen natürlichem Polymer und Nanocellulose verringerte die Bewegung der Polymerketten und senkte die prozentuale Dehnung bis zum Bruch um bis zu 100 %. Dieser Überblick zielt darauf ab, einen Überblick über die mechanischen und Wasserdampfsperreeigenschaften natürlicher Polymere und ihrer Verbundstoffe sowie die umweltbezogenen Auswirkungen im Lebenszyklus zu präsentieren, um ihr Potenzial für Verpackungsanwendungen zu verdeutlichen.