Polimeri su ključni materijali u pakiranju hrane zahvaljujući svojoj niskoj cijeni, maloj težini, fleksibilnosti i kemijskoj stabilnosti. Njihova glavna uloga je zaštita hrane od vlage, kisika, sunčeve svjetlosti i mikroorganizama koji uzrokuju kvarenje hrane i razne zdravstvene rizike. Među njima, polietilen-tereftalat (PET) posebno je cijenjen zbog svoje prozirnosti, stabilnosti te dobrih toplinskih i mehaničkih svojstava.
Međutim, konvencionalni PET i drugi jeftini polimeri imaju ograničenja u površinskim svojstvima, poput vlažnosti, adhezije i otpornosti na rast mikroba. Obradom polimera hladnom plazmom i inkorporacijom nanočestica poput cinkovog oksida (ZnO), mogu se poboljšati svojstva poput antimikrobne aktivnosti, transportnih svojstava, biorazgradivosti i UV zaštite.
Tim naših znanstvenika iz Grupa za plazmena i laserska primijenjena istraživanja, u suradnji s partnerima, razvili su jednostavnu metodu za proizvodnju PET/ZnO kompozita koristeći komercijalne PET folije. Studija je nedavno objavljena u časopisu Applied Surface Science Advances.
Proces uključuje obradu PET folije pomoću mlaza hladne plazme pri atmosferskom tlaku (APPJ), koje su zatim nakapane ZnO nanočesticama te su ponovno obrađene hladnom plazmom kako bi se čestice čvrsto inkorporirale na površini. Ovaj proces stvara jedinstvenu dvodimenzionalnu inkorporaciju nanočestica koja pojačava svojstva PET-a kada su površinska svojstva ključna, poput antibakterijske aktivnosti.
ZnO nanočestice proizvedene su metodom pulsne laserske ablacije u vodi kako bi se osigurala visoka čistoća nanočestica. Pomoću mikroskopa atomske sile (AFM) uočeno je da obradom plazmom na površini PET folije nastaju hrapave strukture kao posljedica ablacije, te se hrapavost površine povećala s 6 nm na 13 nm. Na taj su način nanočestice ravnomjernije raspoređene po površini.
Kako bismo testirali sigurnost u kontaktu s hranom, provedeno je ispitivanje migracije nanočestica, koje je pokazalo da gotovo sav cink ostaje čvrsto ugrađen u površinu PET-a! To je važno ne samo za performanse kompozita, poput antimikrobnih svojstava, nego i za zaštitu okoliša i ljudsko zdravlje. Također, dugotrajna izloženost materijala za pakiranje hranje UV zračenju može dovesti do promjena njihovih izvornog svojstava i degradacije strukturalnih komponenti. Ugradnjom ZnO nanočestica, kompoziti su pokazali poboljšanje UV zaštite do 29%, što je ključno za očuvanje roka trajanja i kvalitetu hrane. Iako je plazmeni tretman originalno smanjio elastičnost PET-a, inkorporacija ZnO-a od 200 do 500 µL je vratila prvobitnu elastičnost PET-a.
Ključno, pri najvećoj koncentraciji ZnO (245,75 mg Zn/kg PET), kompoziti su postigli gotovo 100% antibakterijsku učinkovitost protiv bakterija Escherichia coli i Staphylococcus aureus!
“Ovi rezultati ističu učinkovitost naše metode proizvodnje kompozita pokazujući snažna antimikrobna svojstva protiv obje bakterijske vrste! Važno je naglasiti da je migracijski test nanočestica potvrdio da su nanočestice čvrsto ugrađene u površinu PET-a, što pokazuje potencijal ovih antibakterijskih površina za primjenu u industriji pakiranja hrane”, zaključuje Rafaela Radičić, prva autorica na objavljenoj studiji.
Cijeli rad dostupan je na poveznici: doi.org/10.1016/j.apsadv.2025.100810