Nanobiokompozity vytvořené z přírodních bioaktivních látek a jejich využití pro náhradu ropných produktů

Produkty na bázi ropy jsou dlouhodobě považovány za neekologické a v poslední době i neekonomické. Proto se hledají produkty na bázi přírodních (obnovitelných) zdrojů, které mohou standardní ropné produkty nahradit. Cílem je snížení environmentální zátěže spojené s těžbou, zpracováním a dopravou ropy, což samo o sobě způsobuje značnou ekologickou stopu. Navíc jsou tyto produkty biologicky nerozložitelné a při ukončení jejich využívání způsobuje jejich ukládání či nechtěný vstup do ekosystémů dlouhodobé problémy. Projekt je zaměřen na vývoj nanobiokompozitů na bázi přírodních látek s cílenými vlastnostmi pro náhradu těchto ropných produktů (plastických hmot) materiály přírodními, obnovitelnými a biodegradovatelnými, při současné ekonomické akceptovatelnosti. Tyto kompozity jsou založeny na nanovláknech a samonosných fóliích připravených z rostlinných polysacharidů modifikovaných bioaktivními přírodními látkami, jako je hedvábný sericin či cyklodextriny. V případě polysacharidů budou využity biologické zbytky rostlinných gum (třídy II a III, které nejsou využívané v potravinářství), konkrétně gumy kondagogu (KG), gumy karaya (GK) či arabské gumy (GA). Sericin (Se) je na proteiny bohatý a biologicky odbouratelný odpad z průmyslových výrob zpracovávajících hedvábí, a cyklodextriny jsou cyklické oligosacharidy připravované např. ze škrobu. Tyto přírodní látky mohou tvořit kompozity, které lze využít pro produkci elektrospinových vláken/fólií využitelných jako obaly potravin, sáčky a tašky, obvazy pro hojení ran a hygienické výrobky, jako např. ubrousky. Technická univerzita v Liberci (TUL) se dlouhodobě zabývá vývojem elektrospinningových zařízení a nanovlákenné technologii. Pro tento projekt se pracovníci Ústavu pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace (CXI TUL) spojili s Cornellovou univerzitou z USA (Department of Human Centered Design, College of Human Ecology). Skupina prof. Dr. Uyara má odborné znalosti v oblasti chemie a fyziky polymerů a jejich charakterizace, přípravy polymerů pro aplikace v různých prostředí (teplota, nárazy, namáhání), vodivých polymerů, biologicky rozložitelných polymerů, termoplastů a biopolymerů pro lékařské aplikace (systémy pro doručování léčiv) a potravinářství. Pro splnění cíle projektu budou optimalizovány parametry přípravy nanovláken (viskozita, vodivost, povrchové napětí, molekulová hmotnost, reologické chování, atd.) a procesní parametry směsí rostlinných gum kombinovaných s hedvábným sericinem či cyklodextríny s cílem vytvářet homogenní (nano)vlákna s cílenými vlastnostmi. Zlepšení vlastností těchto folií lze dosáhnout přídavkem aditiv, jako jsou kovové nebo oxidické nanočástice, jíl, oxid grafenu nebo „zelená“ změkčovadla. Cílem změny těchto parametrů bude zlepšování funkčních vlastností (fyzikálně-chemických, mechanických a tepelných, hydrofobicity/hydrofilicity, vlastností povrchu, antibakteriálních vlastností, atd.) těchto fólií/vláken pro jejich různé aplikace. Součástí výzkumu bude vyhodnocování biodegradace podle mezinárodních standardních metod (ASTM) pro stanovení rozsahu biologické rozložitelnosti a recyklovatelnosti produktů na bázi rostlinných gum a cyklodextrínů/hedvábného sericinu a jejich kompozitních materiálů, a také antioxidačních a bariérových vlastnosti (vůči kyslíku i vodní páře), přežívání baktérií při kontaktu s potravinami a antibakteriální účinnosti s ohledem na použití při vývoji obalů potravin, jednorázových sáčků nebo nádob a výrobků v oboru osobní hygieny (např. obvazy, proplachovatelné ubrousky a polštářky). Dále bude provedena kvantifikace environmentálních přínosů nově vyvinutých materiálů metodou analýzy životního cyklu (LCA). Tento projekt je velmi přínosný nejen pro rozvinuté země, v oblasti ochrany životního prostředí na souši i v mořích, ale i pro rozvojové země v oblasti „zeleného produkčního řetězce“ čili udržitelného rozvoje.