近日，美國西北大學的研究人員開發出一種新型防水防油材料，有望成為食品包裝中有害塑料和有毒全氟及多氟烷基物質（PFAS）的安全、可行的替代品。

安全的石墨烯氧化物溶液

該材料源自石墨烯氧化物，無毒、環保且價格實惠。

當應用于紙質食品和飲料包裝時，該材料不僅能提供卓越的阻隔性能，還能顯著增強產品的整體強度。這可能意味著脆弱的紙盤和濕透的外賣容器的終結。使用后，經過該材料處理的包裝可以輕松堆肥或回收——形成一個真正可持續的解決方案的閉環。

GO-Eco（暢機器人公司（Chang Robotics）的子公司，也是西北大學奎雷孵化實驗室（The Q）的常駐初創公司）正在將這項專利申請中的產品商業化。

近期的獨立第三方行業標準評估表明，與當前市售解決方案相比，西北大學的材料顯著提高了強度和阻隔性能。

食品包裝領域的變革

Timothy Wei是西北大學麥考密克工程學院的機械工程兼職教授、暢機器人公司的首席科學家，也是內布拉斯加大學林肯分校的前任工程學院院長。他與石墨烯氧化物專家、西北大學溫伯格文理學院化學教授SonBinh Nguyen共同開發了該產品。

“這不僅僅是一項材料創新；更是一種可投入市場的解決方案，”該產品的共同開發者Timothy Wei說。“我們非常高興能將GO-Eco從實驗室推向工廠車間，其應用最終可能改變整個食品包裝行業。”

對新解決方案的迫切需求是顯而易見的。在分析了來自不同來源的數據后，GO-Eco團隊估計，僅美國每年就生產約1400萬公噸的紙質食品包裝和瓦楞紙板，年銷售額超過600億美元。

盡管由于環境和健康風險，消除這些材料的監管壓力越來越大，但這些產品通常涂有塑料、金屬箔或PFAS以實現防水和防油性。雖然存在一些生物基替代品，但其高昂的成本使其在商業上不可行。

提升紙張和紙板的阻隔性能

這個全球性問題的潛在解決方案來自Nguyen和Wei實驗室數十年的研究。Nguyen的研究小組發表了大量關于石墨烯氧化物表征和制造的論文，而Wei則在先進制造和食品工業方面擁有深厚的專業知識。他們共同開發了一種新的專利工藝，該工藝利用石墨烯氧化物（氧化的單原子厚碳原子片）的獨特性質來增強紙張和紙板產品的阻隔性能。

在開發出該工藝后，團隊在多種食品和飲料包裝原型上嚴格測試了該材料，包括紙板箱、塑料農產品袋以及一次性餐具（如盤子、杯子和吸管）。

在每種情況下，這種新材料都使這些產品具有防水、防油和防油脂的能力，同時增強了紙質基材的強度。西北大學的奎雷孵化實驗室（The Q）、本科生研究辦公室和西北大學女校友會最初通過提供實習支持協助了這項研究。

產品測試

在獲得一家大型全國性餐具制造商的最新資助以及多家行業合作伙伴的積極參與下，GO-Eco已將產品測試從The Q的實驗室階段推進到西密歇根大學造紙中試工廠的全面行業標準評估。

這些測試證實，與市場上常用的產品相比，應用少量石墨烯氧化物可將阻隔性能和紙張強度提高30%至50%。而其成本與當前市售的阻隔產品相比仍然相當。這些發現適用于廣泛的材料——從模塑纖維制品（如餐具）到瓦楞紙板包裝。

通過與西北大學的獨家許可協議以及The Q的支持，GO-Eco正在將這項科學成果轉化為商業化技術。該團隊正在積極與幾家公司討論生產和中試測試。

GO-Eco的下一步計劃包括擴大生產規模、尋求FDA（美國食品藥品監督管理局）的食品接觸批準，以及認證經石墨烯氧化物處理的紙張的可回收性和可堆肥性。該公司還計劃為模塑纖維和傳統紙片原型進行全面的生產試驗。