Plasmalaagje moet plantaardige verpakking eindelijk waterdicht maken

Onderzoekers van North Carolina State University hebben een manier gevonden om folie van plantenvezels vochtbestendig te maken, zonder de sterke en milieuvriendelijke eigenschappen van het materiaal te verliezen. Ze gebruikten daarvoor een plasmatechniek die al in de verpakkingsindustrie wordt toegepast. Het onderzoek verscheen in het wetenschappelijke tijdschrift Applied Surface Science.

Waarom plantenfolie niet goed genoeg was

Het materiaal waar het om draait heet cellulosenanofibril, kortweg CNF. Dit wordt gemaakt van houtpulp en andere plantaardige biomassa, is volledig biologisch afbreekbaar en houdt zuurstof en vet goed tegen. Daarmee lijkt het een ideale vervanger voor de plastic laagjes in bijvoorbeeld chipszakken, snoepwikkels en knijpverpakkingen. Die bestaan vaak uit meerdere op elkaar geplakte lagen polymeer, aluminiumfolie en papier. Omdat die lagen niet te scheiden zijn, kunnen recyclingbedrijven er weinig mee. Het afval belandt op de stortplaats, waar het langzaam uiteenvalt in microplastics die bodem en water vervuilen.

Het probleem met CNF-folie is vocht. Cellulose trekt van nature water aan, waardoor de folie snel vocht uit de lucht opneemt. Dat tast de sterkte aan en vermindert de barrière tegen zuurstof drastisch. Bij een chipszak die aan hoge luchtvochtigheid wordt blootgesteld, betekent dit dat de chips hun krokantheid verliezen en muf worden. Bij ander voedsel kan het vocht zelfs bacteriegroei op gang brengen, met risico op voedselvergiftiging.

Plasma als precisiewerktuig

Om dat op te lossen brachten de onderzoekers dunne, beschermende laagjes aan op het oppervlak van de CNF-folie met behulp van zogeheten diëlektrische barrière-ontlading, een vorm van plasmabehandeling waarbij een elektrisch veld een gas omzet in een reactief plasma. Eén van de geteste coatings, aangebracht via organosiliciumafzetting, verlaagde de opname van vloeibaar water tot minder dan 1 procent. Een andere coating had juist het tegenovergestelde effect en liet meer waterdamp door de folie heen. Volgens de onderzoekers laat dat zien dat de techniek nauwkeurig is te sturen: net wat nodig is voor verschillende toepassingen, van luchtdichte verpakking tot juist ademende wondverbanden.

Hoofdonderzoeker Nathalie Lavoine benadrukt dat de methode praktisch en schaalbaar is. Anders dan traditionele chemische coatings, die veel water en hoge temperaturen vergen en giftig afval opleveren, is plasmabehandeling relatief schoon. Bovendien wordt de techniek al gebruikt in bestaande verpakkingsfabrieken, wat de overstap eenvoudiger maakt dan bij een compleet nieuw productieproces. Dat past in de bredere beweging naar een circulaire bio-economie, waarin grondstoffen uit planten fossiele materialen vervangen.

Nog niet klaar voor de winkelschappen

Voordat de coating in supermarktverpakkingen verschijnt, moet er nog het nodige gebeuren. Zo moet worden voorkomen dat waterdamp alsnog ongewenst door de folie lekt bij verpakkingstoepassingen. Ook is meer onderzoek nodig naar de snelheid waarmee de coating kan worden aangebracht, het energieverbruik van het proces en hoe goed het materiaal bestand is tegen normaal transport en gebruik. Pas als dat allemaal op orde is, kan de techniek economisch rendabel en praktisch inzetbaar worden voor massaproductie.