Les chercheurs de la Northwestern University ont développé un nouveau matériau résistant à l'eau et à l'huile qui pourrait devenir un remplacement sûr et viable pour les plastiques nocifs et les substances toxiques par- et polyfluoroalkyle (PFAS) dans l'emballage alimentaire.
Dérivé de l'oxyde de graphène, le matériau est non toxique, respectueux de l'environnement et abordable.
Lorsqu'elle est appliquée à l'emballage alimentaire et aux boissons sur papier, le matériau fournit non seulement des propriétés de barrière exceptionnelles, mais améliore également considérablement la résistance globale du produit. Cela pourrait signifier une fin pour les plaques en papier fragiles et les conteneurs à emporter détrempés. Après utilisation, l'emballage traité avec le matériau peut être facilement composté ou recyclé – en claquant la boucle sur une solution vraiment durable.
GO-ECO – une filiale de Chang Robotics et une startup résidente du Northwestern Querrey Inqbation Lab (le Q) – commercialise le produit en cours des brevets.
Des évaluations récentes indépendantes et standard de l'industrie tierces ont montré que le matériel de Northwestern améliore considérablement les propriétés de résistance et de barrière par rapport aux solutions actuelles disponibles dans le commerce.
Une transformation de la façon dont nous emballons la nourriture
« Ce n'est pas seulement une innovation de matériaux; c'est une solution prête pour le marché », a déclaré Timothy Wei, qui a co-développé le produit. « Nous sommes ravis de prendre Go-ECO du laboratoire à l'usine, avec des applications qui pourraient finalement transformer l'ensemble de l'industrie des emballages alimentaires. »
Wei est professeur auxiliaire de génie mécanique à la McCormick School of Engineering de Northwestern, scientifique en chef de Chang Robotics et ancien doyen de l'ingénierie à l'Université du Nebraska-Lincoln. Il a co-développé le produit avec l'expert en oxyde de graphène Sonbinh Nguyen, professeur de chimie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern.
L'urgence pour les nouvelles solutions est claire. Après avoir analysé les nombres provenant de diverses sources, l'équipe GO-ECO estime que les États-Unis produisent à eux seuls environ 14 millions de tonnes métriques d'emballage alimentaire en papier et de carton ondulé chaque année, générant plus de 60 milliards de dollars de ventes annuelles.
Ces produits sont souvent recouverts de plastique, de papier d'aluminium ou de PFA pour obtenir une résistance à l'eau et à l'huile, malgré les pressions réglementaires de montage pour éliminer ces matériaux en raison de risques environnementaux et de santé. Bien qu'il existe certaines alternatives bio, leur coût élevé les a rendus commercialement non viables.
Amélioration des propriétés de barrière du papier et du carton
La solution potentielle à ce problème mondial provient de décennies de recherche des laboratoires de Nguyen et Wei. Alors que le groupe de recherche de Nguyen a publié de manière approfondie sur la caractérisation et la fabrication d'oxyde de graphène, Wei apporte une expertise approfondie dans la fabrication avancée et l'industrie alimentaire. Ensemble, ils ont développé un nouveau processus propriétaire qui exploite les propriétés uniques de l'oxyde de graphène – les feuilles d'atomes de carbone oxydées oxydées – pour améliorer les propriétés de barrière des produits papier et carton.
Après avoir développé le processus, l'équipe a rigoureusement testé le matériau sur une gamme diversifiée de prototypes d'emballage alimentaire et de boissons, y compris des boîtes en carton, des sacs de produits en plastique et une vaisselle jetable, tels que des assiettes, des tasses et des pailles. Dans tous les cas, le nouveau matériau a rendu ces produits résistants à l'eau, à l'huile et à la graisse, tout en augmentant simultanément la résistance des substrats papier. Le Q, le Bureau de la recherche de premier cycle de Northwestern et les anciens de la Northwestern University ont initialement aidé la recherche avec le soutien du stage.
Tester le produit
Avec un financement récent d'un grand fabricant de vaisselles nationales et de l'engagement actif de plusieurs partenaires de l'industrie, Go-ECO a des tests de produits avancés à partir de la phase de laboratoire du Q pour des évaluations complètes et standard de l'industrie à l'usine de pilotes de papier de l'Université Western Michigan.
Ces tests ont confirmé que l'application de petites quantités d'oxyde de graphène augmente les performances de la barrière et la résistance au papier de 30% à 50% par rapport à ce qui est couramment utilisé sur le marché. Et le coût reste comparable aux produits de barrière commerciaux actuels. Ces résultats s'appliquent à un large éventail de matériaux – des produits en fibres moulées, telles que la vaisselle, à l'emballage en carton ondulé.
Grâce à un accord de licence exclusif avec Northwestern et au soutien du Q, Go-ECO transit la science en une technologie commercialisée. L'équipe discute activement de la production et des tests pilotes avec plusieurs sociétés. Les prochaines étapes de Go-ECO comprennent la mise à l'échelle de la production, la poursuite des approbations de la FDA à contact alimentaire et la certification de la recyclabilité et de la compostabilité du papier traité avec de l'oxyde de graphène. Il prévoit également de mener un essai de production à grande échelle pour les fibres moulées et les prototypes traditionnels en papier papier.
