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Sustainable barrier coatings for food packaging with a built-in, redox-activated trigger for surface hydrophilization

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Xiong, Xiong ; Anthony, Sulari ; Eberhardt, Juliane ; Rosenfeldt, Sabine ; Friedrich, Daniel ; Peiffer, Stefan ; Brendel, Johannes C. ; Lüders, Tillmann ; Breu, Josef:
Sustainable barrier coatings for food packaging with a built-in, redox-activated trigger for surface hydrophilization.
In: RSC Applied Polymers. (3 Mai 2026) .
ISSN 2755-371X
DOI: https://doi.org/10.1039/D6LP00059B

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
SFB 1357: MIKROPLASTIK – Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze
391977956
Nanostrukturierung reaktiver Polymere – Von funktionellen Wirkstoffträgern zu hierarchisch strukturierten, lebensähnlichen Systemen
517761335

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

Plastic pollution, particularly from single-use food packaging, has become a significant environmental challenge that requires mitigation by improving environmental degradability. Along this line, a redox-programmable barrier coating is introduced that combines an effective barrier during use with a post-use redox-triggered hydrophilization mechanism. Fully delaminated vermiculite (VMT) nanosheets were intercalated with poly(N-acryloyl thiomorpholine) (PNAT30) to form one-dimensional Bragg-stack nanocomposite barrier coatings on poly(lactic acid) (PLA) substrates, yielding highly ordered, 2 μm thick coatings that drastically suppressed oxygen and water vapour transmission to meet state-of-the-art levels for high-end food packaging at elevated relative humidity. Structural Fe(iii)/Fe(ii) in VMT was furthermore utilized as an intrinsic redox catalyst as determined by Mößbauer spectroscopy under anoxic/oxic cycling. Exposure to active biomass of the Fe(iii)-reducing Geobacter metallireducens reduced structural Fe(iii). Reactive oxygen species (ROS), inferred to form via Fenton-type reactions upon successive reoxygenation, are proposed to oxidize hydrophobic thioether side chains in PNAT30 to more hydrophilic sulfoxides, as supported by FTIR, Raman, and solid-state NMR spectroscopy. This molecular transformation triggered a pronounced, stepwise decrease in water contact angle and surface restructuring, evidencing in situ formation of a more hydrophilic coating surface. This is expected to increase post-use environmental accessibility and may facilitate eco-corona development and microbial attachment on derived microplastics (MPs), although direct degradation experiments were not performed in the present study. The concept of coupling mineral-induced tortuous-path barrier enhancement with ROS-activated sulfur chemistry provides a generally novel strategy for designing packaging materials that combine excellent in-use protection with a built-in trigger for post-use hydrophilization in redox-fluctuating environments such as sewage plants, soils or composting stacks.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Institutionen der Universität: Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie > Lehrstuhl Ökologische Mikrobiologie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie > Lehrstuhl Ökologische Mikrobiologie > Lehrstuhl Ökologische Mikrobiologie - Univ.-Prof. Dr. Tillmann Lüders
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Physikalische Chemie I - Kolloidale Strukturen und Energiematerialien
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Kolloidchemie für elektrochemische Energiespeicher
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Kolloidchemie für elektrochemische Energiespeicher > Lehrstuhl Anorganische Kolloidchemie für elektrochemische Energiespeicher - Univ.-Prof. Dr. Josef Breu
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Makromolekulare Chemie I
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Makromolekulare Chemie I > Lehrstuhl Makromolekulare Chemie I - Univ.-Prof. Dr. Johannes C. Brendel
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Geowissenschaften > Lehrstuhl Hydrologie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Geowissenschaften > Lehrstuhl Hydrologie > Lehrstuhl Hydrologie - Univ.-Prof. Dr. Stefan Peiffer
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung - BayCEER
Forschungseinrichtungen > Institute in Verbindung mit der Universität > Bayerisches Polymerinstitut (BPI)
Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen > SFB 1357 - MIKROPLASTIK
Forschungseinrichtungen
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen
Forschungseinrichtungen > Institute in Verbindung mit der Universität
Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
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500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften, Geologie
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften; Biologie
Eingestellt am: 02 Jun 2026 07:39
Letzte Änderung: 03 Jun 2026 08:13
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/97814