Ondoordringbare verpakking (met grafeen) houdt etenswaren langer vers | Grafeen (graphene)
Ondoordringbare verpakking (met grafeen) houdt etenswaren langer vers

Een ontdekking van Rice University laat toe om voertuigen die rijden op gecomprimeerd aardgas praktischer te maken terwijl het ook de houdbaarheid van flessen bier en frisdrank kan verlengen.

Het lab van chemicus James Tour in Rice University heeft een polymeer materiaal versterkt zodat het materiaal veel minder gas zou doorlaten onder druk, terwijl het veel lichter is dan de metalen die nu gebruikt worden in de tanks om het gas te bewaren.

Tour en zijn collega’s aan de Rice University en in Hongarije, Slovenië en India meldden hun resultaten deze week in de online editie van het American Chemistry Society tijdschrift ACS Nano.

Door aangepaste, atoomhoge grafeen ‘nanoribbons’ (GNRs) of atomaire linten aan thermoplastisch polyurethaan (TPU) toe te voegen maakte het Rice lab het 1.000 keer moeilijker voor gasmoleculen om te ontsnappen, zei Tour. Te wijten aan de gelijkmatige spreiding van de linten over het materiaal.

“Omdat gasmoleculen GNR’s niet kunnen doordringen, worden ze geconfronteerd met een “bochtig pad” naar de vrijheid, zei hij.

De onderzoekers erkenden dat een stevig, tweedimensionaal vel grafeen de perfecte barrière voor gas zou kunnen wezen, maar de productie van grafeen in dergelijke grote hoeveelheden is nog niet functioneel, zei Tour.

Maar grafeen nano-linten zijn er reeds wel. Een doorbraak van Tour, een ‘uitpak’ techniek om meerwandige koolstof nanobuisjes in GNRs te draaien – voor het eerst onthuld in Nature in 2009 – werd gelicenseerd voor industriële productie. “Deze worden in bulk geproduceerd, die moeten ook containers goedkoper maken,” zei de chemicus.

De onderzoekers, onder leiding van de afgestudeerde Rice student Changsheng Xiang, wisten dunne films van het composietmateriaal te produceren via een gietproces, met GNRs behandeld met hexadecaan en TPU, een blok copolymeer polyurethaan dat harde en zachte materialen combineert.

De kleine hoeveelheid aan behandelde GNRs verantwoord niet meer dan 0,5 procent van het gewicht van het composiet. Maar de 200 tot 300-nanometer-brede linten, overlappen elkaar zo goed dat ze bijna net zo effectief zijn als een groot, (solide) vel grafeen. De geometrie van de GNR’s maakt hen veel beter dan grafeen vellen voor de verwerking in composieten, zei Tour.

Ze testten GNR / TPU films door de invoering van stikstof onder druk aan de ene kant en een vacuüm aan de andere kant.

Voor films zonder GNRs, zakt de druk tot nul in ongeveer 100 seconden wanneer stikstof in de vacuümkamer ontsnapt. Met GNRs op 0,5 procent (gewicht) , heeft de druk geen krimp over 1000 seconden, en daalde het slechts lichtjes op meer dan 18 uur.

Bij stress- en spanning testen bleek dat de 0,5 procent ratio optimaal was voor het verbeteren van de sterkte van het polymeer.

“Het idee is om de taaiheid van de tank te verhogen en het ondoordringbaar te maken voor gas”, zei Tour. “Dit wordt steeds belangrijker omdat autofabrikanten nadenken over het voeden van auto’s op aardgas. De metalen tanks dat aardgas kunnen verwerken onder druk zijn vaak veel zwaarder dan de automakers zouden willen.”

Hij zei dat het materiaal ook kan helpen om lang bestaande problemen in de verpakking van levensmiddelen op te lossen.

“Weet je nog toen je een kind was, je een ballon kreeg en die de volgende dag verwelkt was? Dat komt omdat gas moleculen door rubber of plastic gaan, “zei Tour.

“Het duurde jaren voor wetenschappers erachter kwamen hoe men een plastic fles voor frisdrank kon maken. Ooit kon je geen koolzuurhoudende drank krijgen in iets anders dan een glazen fles, totdat ze erachter kwamen hoe ze plastic konden bewerken opdat men de koolstofdioxide bubbels kon behouden.
En zelfs nu gaan flesjes frisdrank plat na een periode van maanden.”

“Bier heeft een groter probleem, in sommige opzichten, het omgekeerde probleem,” zei hij.

“Zuurstofmoleculen sluipen binnen via het plastic en maken het bier slecht.” Flessen die effectief ondoordringbaar zouden zijn kunnen hun brouwsel veel langer kunnen bewaren op het schap, zei Tour.

Bron: news.rice.edu

1 Reacties
  1. Kan grafeen ook gebruikt worden voor de opslag en vervoer van waterstof ??


3D print schaalmodel structuur grafeen