慧正資訊，美國西北大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新型防水防油材料，有望成為食品包裝中有害塑料和有毒全氟及多氟烷基物質(zhì)（PFAS）的安全、可行的替代品。

安全的石墨烯氧化物溶液

該材料源自石墨烯氧化物，無毒、環(huán)保且價(jià)格實(shí)惠。

當(dāng)應(yīng)用于紙質(zhì)食品和飲料包裝時(shí)，該材料不僅能提供卓越的阻隔性能，還能顯著增強(qiáng)產(chǎn)品的整體強(qiáng)度。這可能意味著脆弱的紙盤和濕透的外賣容器的終結(jié)。使用后，經(jīng)過該材料處理的包裝可以輕松堆肥或回收——形成一個(gè)真正可持續(xù)的解決方案的閉環(huán)。

GO-Eco（暢機(jī)器人公司（Chang Robotics）的子公司，也是西北大學(xué)奎雷孵化實(shí)驗(yàn)室（The Q）的常駐初創(chuàng)公司）正在將這項(xiàng)專利申請中的產(chǎn)品商業(yè)化。

近期的獨(dú)立第三方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評估表明，與當(dāng)前市售解決方案相比，西北大學(xué)的材料顯著提高了強(qiáng)度和阻隔性能。

食品包裝領(lǐng)域的變革

Timothy Wei是西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院的機(jī)械工程兼職教授、暢機(jī)器人公司的首席科學(xué)家，也是內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的前任工程學(xué)院院長。他與石墨烯氧化物專家、西北大學(xué)溫伯格文理學(xué)院化學(xué)教授SonBinh Nguyen共同開發(fā)了該產(chǎn)品。

“這不僅僅是一項(xiàng)材料創(chuàng)新；更是一種可投入市場的解決方案，”該產(chǎn)品的共同開發(fā)者Timothy Wei說?！拔覀兎浅８吲d能將GO-Eco從實(shí)驗(yàn)室推向工廠車間，其應(yīng)用最終可能改變整個(gè)食品包裝行業(yè)?！?/p>

對新解決方案的迫切需求是顯而易見的。在分析了來自不同來源的數(shù)據(jù)后，GO-Eco團(tuán)隊(duì)估計(jì)，僅美國每年就生產(chǎn)約1400萬公噸的紙質(zhì)食品包裝和瓦楞紙板，年銷售額超過600億美元。

盡管由于環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)，消除這些材料的監(jiān)管壓力越來越大，但這些產(chǎn)品通常涂有塑料、金屬箔或PFAS以實(shí)現(xiàn)防水和防油性。雖然存在一些生物基替代品，但其高昂的成本使其在商業(yè)上不可行。

提升紙張和紙板的阻隔性能

這個(gè)全球性問題的潛在解決方案來自Nguyen和Wei實(shí)驗(yàn)室數(shù)十年的研究。Nguyen的研究小組發(fā)表了大量關(guān)于石墨烯氧化物表征和制造的論文，而Wei則在先進(jìn)制造和食品工業(yè)方面擁有深厚的專業(yè)知識。他們共同開發(fā)了一種新的專利工藝，該工藝?yán)檬┭趸铮ㄑ趸膯卧雍裉荚悠┑莫?dú)特性質(zhì)來增強(qiáng)紙張和紙板產(chǎn)品的阻隔性能。

在開發(fā)出該工藝后，團(tuán)隊(duì)在多種食品和飲料包裝原型上嚴(yán)格測試了該材料，包括紙板箱、塑料農(nóng)產(chǎn)品袋以及一次性餐具（如盤子、杯子和吸管）。

在每種情況下，這種新材料都使這些產(chǎn)品具有防水、防油和防油脂的能力，同時(shí)增強(qiáng)了紙質(zhì)基材的強(qiáng)度。西北大學(xué)的奎雷孵化實(shí)驗(yàn)室（The Q）、本科生研究辦公室和西北大學(xué)女校友會最初通過提供實(shí)習(xí)支持協(xié)助了這項(xiàng)研究。

產(chǎn)品測試

在獲得一家大型全國性餐具制造商的最新資助以及多家行業(yè)合作伙伴的積極參與下，GO-Eco已將產(chǎn)品測試從The Q的實(shí)驗(yàn)室階段推進(jìn)到西密歇根大學(xué)造紙中試工廠的全面行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評估。

這些測試證實(shí)，與市場上常用的產(chǎn)品相比，應(yīng)用少量石墨烯氧化物可將阻隔性能和紙張強(qiáng)度提高30%至50%。而其成本與當(dāng)前市售的阻隔產(chǎn)品相比仍然相當(dāng)。這些發(fā)現(xiàn)適用于廣泛的材料——從模塑纖維制品（如餐具）到瓦楞紙板包裝。

通過與西北大學(xué)的獨(dú)家許可協(xié)議以及The Q的支持，GO-Eco正在將這項(xiàng)科學(xué)成果轉(zhuǎn)化為商業(yè)化技術(shù)。該團(tuán)隊(duì)正在積極與幾家公司討論生產(chǎn)和中試測試。

GO-Eco的下一步計(jì)劃包括擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、尋求FDA（美國食品藥品監(jiān)督管理局）的食品接觸批準(zhǔn)，以及認(rèn)證經(jīng)石墨烯氧化物處理的紙張的可回收性和可堆肥性。該公司還計(jì)劃為模塑纖維和傳統(tǒng)紙片原型進(jìn)行全面的生產(chǎn)試驗(yàn)。