慧正資訊，美國西北大學的研究人員開發(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)保且價格實惠。

當應用于紙質(zhì)食品和飲料包裝時，該材料不僅能提供卓越的阻隔性能，還能顯著增強產(chǎn)品的整體強度。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——形成一個真正可持續(xù)的解決方案的閉環(huán)。

GO-Eco（暢機器人公司（Chang Robotics）的子公司，也是西北大學奎雷孵化實驗室（The Q）的常駐初創(chuàng)公司）正在將這項專利申請中的產(chǎn)品商業(yè)化。

近期的獨立第三方行業(yè)標準評估表明，與當前市售解決方案相比，西北大學的材料顯著提高了強度和阻隔性能。

食品包裝領(lǐng)域的變革

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

“這不僅僅是一項材料創(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從實驗室推向工廠車間，其應用最終可能改變整個食品包裝行業(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團隊估計，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)境和健康風險，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

這個全球性問題的潛在解決方案來自Nguyen和Wei實驗室數(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，該工藝利用石墨烯氧化物（氧化的單原子厚碳原子片）的獨特性質(zhì)來增強紙張和紙板產(chǎn)品的阻隔性能。

在開發(fā)出該工藝后，團隊在多種食品和飲料包裝原型上嚴格測試了該材料，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，同時增強了紙質(zhì)基材的強度。西北大學的奎雷孵化實驗室（The Q）、本科生研究辦公室和西北大學女校友會最初通過提供實習支持協(xié)助了這項研究。

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的實驗室階段推進到西密歇根大學造紙中試工廠的全面行業(yè)標準評估。

這些測試證實，與市場上常用的產(chǎn)品相比，應用少量石墨烯氧化物可將阻隔性能和紙張強度提高30%至50%。而其成本與當前市售的阻隔產(chǎn)品相比仍然相當。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。

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

GO-Eco的下一步計劃包括擴大生產(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，以及認證經(jīng)石墨烯氧化物處理的紙張的可回收性和可堆肥性。該公司還計劃為模塑纖維和傳統(tǒng)紙片原型進行全面的生產(chǎn)試驗。