AR.01.05 - Litteraturstudie innenfor nanoteknologi

En litteraturstudie innenfor området nanoteknologi og muligheter/utfordringer knyttet til bruk i emballasjematerialer Silje Therese Skau Stiftelsen Østfoldforskning (STØ)

Fredrikstad, 19. august 2005 AR.01.05

Rapportforside

Rapportnr: AR.01.05

ISBN nr: ISSN nr:

Rapporttype: Arbeidsrapport

Rapporttittel: En litteraturstudie innenfor området nanoteknologi og muligheter/utfordringer knyttet til bruk i emballasjematerialer

Forfatter(e): Silje Therese Skau

Prosjektnummer:

Prosjekttittel:

Oppdragsgiver(e): Stiftelsen Østfoldforskning og Metier Project Management Academy Oppdragsgivers referanse: Ole Jørgen Hanssen (STØ) og Anne Spiten (Metier) Resymé Hensikten med denne rapporten var å utføre en litteraturstudie innenfor området nanoteknologi og muligheter/utfordringer knyttet til bruk i emballasjematerialer. Stiftelsen Østfoldforskning ønsket med denne studien å få kunnskap om hvilke muligheter og anvendelser nanoteknologi kan knyttes til i emballasjeindustrien, hvilke utfordringer dette innebærer i forhold til helse, miljø, sikkerhet og ressurs, samt perspektiver og anvendelser for fremtiden. Nanovitenskap og nanoteknologi fremstår i dag som strategisk viktige forskningsområder med svært store industrielle og samfunnsmessige muligheter. Nanoteknologi befinner seg på et eksplorativt og kreativt stadium. Med hensyn til stadig utvikling av materialvitenskap med forbedring og utvikling av nye materialer ser man muligheter for bedre emballasjeløsninger med nye egenskaper. Men i kjølvannet av en stadig økende satsning på nanoteknologi er det også knyttet usikkerhet til utviklingen, og til mulige negative helse- og miljøeffekter. Kvalitativt og kvantitativt nye typer risiki kan oppstå. Dette betyr også nye forsknings- og kompetansebehov knyttet til nanoteknologi og helse, miljø, etikk og samfunn, noe Norges Forskningsråd har tatt konsekvens av gjennom en egen programutlysning. Emneord: •••• Nanoteknologi •••• Emballasje •••• Muligheter •••• Utfordringer

Tilgjengelighet: Ja Denne side: Ja Denne rapport: Ja

Antall sider inkl. bilag: 54

Godkjent Dato: ___________________ ____________________ Prosjektleder Instituttleder (sign) (sign)

iii

Forord Bakgrunnen for prosjektet er at Stiftelsen Østfoldforskning (STØ) ønsker å videreutvikle sin nasjonale status som et ledende FoU-miljø innenfor miljødokumentasjon og miljødrevet innovasjon, der fokus på materialteknisk utvikling står sentralt. Studier av nye materialer, deres anvendelser i ulike produkter og gjenvinningsmuligheter i forhold til miljø- og ressurseffektivitet i et helhetlig verdikjedeperspektiv, er hovedfokus i denne forskningsaktiviteten. Prosjektet er et samarbeid mellom STØ og Silje Therese Skau, og har fått tittelen ”En litteraturstudie av nanoteknologi og egnethet for bruk i emballasje”. STØ ønsker med denne studien å få kunnskap om hvilke muligheter og anvendelser nanoteknologi kan knyttes til i emballasjeindustrien, hvilke utfordringer dette innebærer i forhold til helse, miljø og ressurser, samt perspektiver og anvendelser for fremtiden. Studien er nært knyttet til forskningsarbeidet som utføres i Marinepack-prosjektene (Marinepack og Marinepack 2007) og til de forsknings- og utviklingsnettverk som STØ har opparbeidet på dette feltet. Silje Therese Skau ønsker i forbindelse med studiet ”Prosjektledelse” ved Høgskolen i Oslo og Metier Project Management Academy, en relevant praksisplass. Gjennom denne praksisplassen vil hun få erfaring fra prosjektarbeid, og opparbeide seg kunnskap og kompetanse om nanoteknologi. Arbeidet er utført i perioden 20. juni til og med 19. august 2005 og har resultert i et dokumentarkiv, referanseliste, arbeidsrapport og en presentasjon. Jeg vil takke Ole Jørgen Hanssen ved Stiftelsen Østfoldforskning for all hjelp og veiledning i prosjektperioden. I tillegg ønsker jeg å takke kolleger ved STØ for hjelp og bidrag underveis. Sted/dato Silje Therese Skau

iv

Innholdsfortegnelse

Rapportforside ii

Forord iii

Innholdsfortegnelse iv

Ordliste vi

Sammendrag viii

1. Innledning 1

2. Hva er emballasje? 2

2.1 Materialer 2

2.2 Emballasjens funksjoner 3

2.3 Gjenvinning 3

3. Hva er nanoteknologi? 5

4. Hvilke muligheter og anvendelser nanoteknologi kan knyttes til i emballasjeindustrien? 7

4.1 Materialvitenskap 7

4.2 Kommersielle applikasjoner 7

4.3 Nye og forbedrede materialer 8 4.3.1 Nye former for karbon 9 4.3.2 Nanopartikler 10 4.3.3 Nanokompositter 10

4.4 Emballasjens endrede egenskaper ved nanoteknologi 12 4.4.1 Barriereegenskaper 12 4.4.2 Tetthet og resirkulerbarhet 14 4.4.3 Transparenthet og UV-motstand 14 4.4.4 Varmestabilitet 14

4.5 Intelligent og/eller aktiv matvareemballasje 15 4.5.1 Anvendelser til næringsmidler 15 4.5.2 Sensorisk emballasje 16

4.6 NMP-programmet 18 4.6.1 Mål for NMP 18 4.6.2 Økonomiske rammer 19

v

4.6.3 NMP og internasjonal samarbeid 19 4.6.4 NMP og små/mellomstore bedrifter (SMB) 20

4.7 NANOMAT-programmet 20

5. Hvilke utfordringer nanoteknologi innebærer i forhold til helse, miljø, sikkerhet og ressurs? 22

5.1 Forventninger til nanoteknologi 22

5.2 Nanopartiklenes risikopotensial 23 5.2.1 Mulige direkte helseskader av nanopartikler 24 5.2.2 Mulige skadevirkninger av nanopartikler på miljøet og næringskjeden 25 5.2.3 Problemer knyttet spesifikt til emballasjematerialer 27

5.3 Mulige gevinster for miljø og ressurseffektivitet ved bruk av nanomaterialer 27

5.4 Nanoforskning må være tverrfaglig 27

5.5 Øremerking av midler 28

5.6 Etikere sakker akterut i forhold til forskningen 28 5.6.1 Etiske utfordringer 28

6. Fremtidsperspektiver og anvendelser? 30

6.1 Avanserte materialer Norge 2020 30 6.1.1 Tradisjon gir resultater 30 6.1.2 Innovated in Norway 30 6.1.3 Fra vugge til vugge 30 6.1.4 Alt går sin skjeve gang 31 6.1.5 Overalt 31 6.1.6 Hvor går grensen? 31

6.2 Veier til realisering 31 6.2.1 Tidsskala 32 6.2.2 Kraftig nanopåvirkning 34

6.3 Anvendelser og forskningsprosjekter innen nanoteknologi 35 6.3.1 Nanoteknologi kan bli en nøkkelfaktor til Huhtamaki’s perfekte emballasje 35 6.3.2 Britisk firma har nanosølv i emballasje for å bevare mat 36 6.3.3 Nanokompositt orientering ved et tastetrykk 36 6.3.4 Cyclic anvender nanokompositt i polymerer 37 6.3.5 Biodegraderbare nanokompositter kan erstatte EVOH 37 6.3.6 Nanoleire booster biodegraderbare emballasjestyrke 38 6.3.7 Nanohull utstyrer Dow med bedre pustbare filmer 38 6.3.8 Nanoteknologi hjelper til i ”grønn produksjon” av emballasje 38 6.3.9 CIP ser på nanoteknologi for å forbedre papirpakninger 39 6.3.10 Nanoteknologi lifts-off fremtidig emballasje 39

7. Drøftinger 41

Appendiks A: Litteraturhenvisninger 42

Appendiks B: Utvalgt litteratur for videre lesning 46

vi

Ordliste APET: aseptisk polyetylentereftalat Eksfoliere: et substantiv, benyttet i litteraturen for å beskrive en overflatebehandlet nanoleire som innehar tilstrekkelig store avstander for å tillate at nanoleire dispergeres i plastmatriksen. Eksfoliering: en prosess hvor pakking av nanoleireplater holdes fra hverandre i en plastmatriks. Under eksfoliering vil plater i de ytre områdene av hver pakke spaltes av, og dermed utsettes nye plater for separering. Kompatibilitet med nanoleire er nødvendig for eksfoliering. EPS: ekspandert polystyren/isopor EVOH: etylenvinylalkohol Imperm®: MMT-basert PET, en ultrahøy nanokompositt plast med trekk som forbedrer barrieren til gasser, vanndamp og hydrokarboner. Produkt fra Mitsubishi Gas Chemical Inc. og Nanocor Alliance. In situ interkalert polymerisering: lagdelt silikat svelles inn i den flytende monomeren eller en monomer-løsning. In situ er latinsk for på stedet. In vivo: forsøk eller fremstilling som skjer i rør, kolber osv. MMT: 5 % montmorillonitt Montmorillonitt leire: det mest brukte medlemmet av ”smectite” leirefamilien. Montmorillonitt refereres ofte som ”nanoleire”. Den er også det mest vanlige materialet brukt i plast nanokompositter. Nanoleire: en leire i ”smectite” familien. ”Smectites” har en unik morfologi, med en dimensjon i nanometerområdet. Nanokompositter: en ny type plast derivert fra en meget forfinet for av nanoleire som dispergeres i plastresiner. Disse nanostore partiklene består av montmorillonitt-mineraler. Nanokompositt teknologi: materialer og prosesser som kreves for å fordele nanostore partikler i plast, metaller eller keramikk. Nanomer® nanoleire: overflatemodifisert montmorillonitt leire eller masterbatches som inneholder modifiserte leirer, som benyttes for å lage nanokompositter. Nanomer nanoleire kan bli referert til som ”interkalert” i litteraturen. nm: nanometer, måleenhet. En nanometer tilsvarer lengden til en million av en meter, eller omtrent en titusendel av diameteren til et menneskehår. OTR: oksygen transmisjonsrate

vii

PA: polyamid PBT: polybutylentereftalat PEEK: polyetereneterketon PEI: polyetylenimin PET: polyetylentereftalat POSS: polyhedrisk oligomerisk silsequioxan PP: polypropylene PPS: polyfenylsulfid RTD: research and technological development

viii

Sammendrag Hensikten med denne rapporten var å utføre en litteraturstudie innenfor området nanoteknologi og muligheter/utfordringer knyttet til bruk i emballasjematerialer. Stiftelsen Østfoldforskning ønsket med denne studien å få kunnskap om hvilke muligheter og anvendelser nanoteknologi kan knyttes til i emballasjeindustrien, hvilke utfordringer dette innebærer i forhold til helse, miljø, sikkerhet og ressurs, samt perspektiver og anvendelser for fremtiden. Nanovitenskap og nanoteknologi fremstår i dag som strategisk viktige forskningsområder med svært store industrielle og samfunnsmessige muligheter. Nanoteknologi befinner seg på et eksplorativt og kreativt stadium. Med hensyn til stadig utvikling av materialvitenskap med forbedring og utvikling av nye materialer ser man muligheter for bedre emballasjeløsninger med nye egenskaper. Ved bruk av nanomaterialer kan man oppnå lengre holdbarhetstid, bla. ved å forbedre barriereegenskaper og ved bruk av absorberende og/eller reagerende forbindelser. Man kan oppnå utvidet bruksområde for emballasje ved at den tåler høyere temperatur. I tillegg vil nye nanomaterialer i emballasje kunne forbedre miljøet ved å øke lønnsomheten i alle ledd i verdikjeden, og muligens gi en transportkostnadsgevinst ved at emballasjematerialet kan bli tynnere og lettere. I nær fremtid vil det i markedet finnes funksjonell emballasje: aktiv og intelligent emballasje (antimikrobiologisk, konserverende og emballasje med sensorer som reagerer på temperatur, fuktighet, lys og forråtnelse). Men i kjølvannet av en stadig økende satsning på nanoteknologi er det også knyttet usikkerhet til utviklingen, og til mulige negative helse- og miljøeffekter. Kvalitativt og kvantitativt nye risiki kan oppstå. Dette betyr også nye forsknings- og kompetansebehov knyttet til nanoteknologi og helse, miljø, etikk og samfunn, nor Norges Forskningsråd har tatt konsekvens av gjennom en egen programutlysning.

EN LITTERATURSTUDIE AV NANOTEKNOLOGI OG EGNETHET FOR BRUK I EMBALLASJE Innledning

Stiftelsen Østfoldforskning og Silje Therese Skau 1

1. Innledning Hensikten med denne rapporten er å utføre en litteraturstudie av nanoteknologi og egnethet for bruk i emballasje. Stiftelsen Østfoldforskning ønsker med denne studien å få kunnskap om hvilke muligheter og anvendelser nanoteknologi kan knyttes til i emballasjeindustrien, hvilke utfordringer dette innebærer i forhold til helse, miljø, sikkerhet og ressurs, samt perspektiver og anvendelser for fremtiden. Nanoteknologi er blant de raskest voksende forskningsområder i det 21. århundre, ved siden av bio- og genteknologi. Nanoteknologi benyttes fritt i sammenhengen med å beskrive manipuleringen av atomer og molekyler for å lage strukturer som kan anvendes i den virkelige verden. Det finnes en rekke tilgjenglig og publisert litteratur om nanoteknologi. Antallet generelle vitenskapelige artikler om teknologien økte betydelig mot slutten av 1990-tallet. For å få bakgrunnsinformasjon om nanoteknologi og emballasje ble www.google.com benyttet som søkemotor, samtidig som mer spesifikke søkemotorer som www.elsevier.com, www.bibsys.no, www.pira.co.uk, www.sciam.com, www.norsk-emballering.no og www.forskningsradet.no benyttet. Tabellen under viser de ulike søkemotorene og hit-rate for søk på ordene nano*, packaging, nano* and packaging den 14.juli 2005. Tabell 1: Søk i de ulike søkemotorene og hit-rate for søk på ordene nano*, packaging, nano* and packaging den 14. juli 2005

Søkemotor Nano* Packaging Nano* and packaging www.google.com

~9.3 millioner ~28 400 000 ~286 000

www.pira.co.uk

~250 0

www.elsevier.com

~320 ~140 5

www.bibsys.no

~940 ~790 5

www.norsk-emballering.no

www.forskningsradet.no

www.sciam.com

~610 ~420 ~45

Etter hvert som jeg fikk opparbeidet meg mer bakgrunnskunnskap om nanoteknologi ble nettsidene til Pira International Ltd (www.pira.co.uk), Norges Forskningsråd (www.forskningsradet.no), Teknologirådet (http://www.teknologiradet.no/html), og den Europeiske Union, herunder 6. rammeprogram (http://europa.eu.int/geninfo/info_en.htm og http://cost.cordis.lu) benyttet i større grad. Disse nettsidene ga nyttig informasjon som kunne brukes i rapporten.

EN LITTERATURSTUDIE AV NANOTEKNOLOGI OG EGNETHET FOR BRUK I EMBALLASJE Hva er emballasje?


2. Hva er emballasje? All teori er hentet fra boken ”Emballasjens oppgaver i et moderne samfunn”, (DNE, 2002). Emballasje kan beskrives som et (logistisk) virkemiddel/tjeneste for å bringe varer fram til forbruker i uskadet form. Hovedfunksjonene er å holde sammen, beskytte, bevare, lette håndtering og bruk, informere og selge. EUs emballasjedirektiv definerer emballasje slik: ”Alle produkter av hvilken som helst art og materiale som benyttes til pakking, beskyttelse, håndtering, levering fra produsent til bruker eller forbruker og presentasjon av varer, det være seg råvarer eller bearbeidede varer, fra produsent til bruker eller konsument”. Emballasje inndeles gjerne i tre hovedkategorier, se figur 1 for oversikt:

1) Forbrukeremballasje (primæremballasje, salgsemballasje) 2) Detaljistemballasje (sekundæremballasje) 3) Transportemballasje (tertiæremballasje)

Figur 1: Eksempel på primær-, sekundær og tertiæremballasje (Elopak).

2.1 Materialer Emballasjens ulike funksjoner og bruksområder tilsier stor variasjon i materialforbruk og utforming. De mest brukte materialene er:

• Brunt papir/bølgepapp/massiv papp • Lettkartong • Drikkekartong • Plast, inkl. isopor/EPS • Glass • Metall (stål, blikk eller aluminium) • Tre • Kombinasjoner av materialer, for eksempel papir/aluminiumsfolie/plastfolie/laminater.



Det er ikke mulig å fremholde én materialtype på bekostning av andre. Valg av riktig løsning krever god innsikt i de ulike materialenes egenskaper, krav fra produkt/distribusjon til holdbarhet etc., samt en oversikt over de totale miljø- og ressursbelastninger gjennom hele verdikjeden. En materialtype som krever stort energiforbruk ved produksjon kan eksempelvis gi betydelig reduksjon i transportarbeidet pga materialets lave vekt og optimale formgivning. Ønsket om effektiv emballasjeløsning kan innvirke på hva slags type materiale som skal benyttes samt utformingen av varen som skal emballeres. Vare- og emballasjeprodusenter tar miljøhensyn allerede i produktutviklingsfasen.

2.2 Emballasjens funksjoner På mange måter kan man si at emballasje og emballeringsprosessen er industriens viktigste verktøy. Emballasje har mange funksjoner, den:

• Beskytter og bevarer varen samt muliggjør selvbetjening • Markedsfører og profilerer varen • Informerer bruker og andre som håndterer varen • Reduserer transportkostnader, ødeleggelser og svinn • Reduserer produksjonskostnadene ved forenklet pakkeprosess • Gir helsemessig sikkerhet • Øker produktverdi og holdbarhet

Emballasjens hovedfunksjon er å beskytte produkter mot uheldige påvirkninger på veien fra produksjon til sluttforbruker, og derigjennom ressursbevaring som en funksjon. Påvirkningene kan være mekanisk støt, vibrasjoner, slitasje, sammenklemning, temperaturendringer, fuktighet, lukt, luft, lys, bakterier og skadedyr. Emballasjen skal samtidig sikre at innholdet eller deler av dette ikke trenger ut gjennom emballasjen. Riktig emballasje bidrar med andre ord til å redusere svinn i vareomsetningen og øke lønnsomheten for alle ledd i verdikjeden. FAO (Food and Agriculture Organization) har beregnet at kun 60 % av avlingene på verdensbasis blir konsumert. Store tap tilskrives mangel på emballasje eller uegnet emballasje. Utvikling av bedre emballasjeløsninger vil kunne bidra til økt levestandard i utviklingsland.

2.3 Gjenvinning Dagens miljødebatt kan til dels sies å ha fokus på avfallsproblematikk knyttet til brukt emballasje. Brukt emballasje utgjør om lag 2 % av den totale avfallsmengden. Totalt oppstår det i overkant av 400 000 tonn brukt emballasje hvert år i Norge. I tabell 2 gis en oversikt over materialgjenvinning fra både industri og husholdning fordelt på de ulike materialtypene. Tallene er omtrentlige:



Tabell 2: Fordeling av materialgjenvinning fra husholdning og industri fordelt på ulike materialtyper i prosent (STØ, 2004)

Emballasjemateriale Materialgjenvinnig Materialgjenvinnig - beregnet andel som kommer fra husholdninger

Materialgjenvinnig - beregnet andel som kommer fra industrier

Plast 24 8 39 Bølgepapp 85 10 90 Emballasjekartong 50 - - Drikkekartong 47 - - Metall 60,7 - - Glass 91,6 - - Fordeler ved gjenvinning:

1) Behovet for fremskaffelse av jomfruelige (ubrukte) råvarer reduseres. Innsamling av separate råvarer, som for eksempel brukt emballasje, kan imidlertid medføre økt transportbehov.

2) Bruk av avfallsråstoffer gir et lavere energiforbruk ved materialproduksjon. For aluminium reduseres energibehovet med over 90 %.

3) Miljøulempene ved deponering av avfallet unngås. Avfall på fyllplass betyr utslipp av farlige klimagasser og avrenning av skadelige stoffer til grunnvann og vassdrag i området, i tillegg til båndlegging av arealer og luktproblemer i nærmiljøet.

EN LITTERATURSTUDIE AV NANOTEKNOLOGI OG EGNETHET FOR BRUK I EMBALLASJE Hva er nanoteknologi?


3. Hva er nanoteknologi? Det er nok mange som har hørt om begrepet nanoteknologi, og det er økende interesse for dette. Når mange tenker på nanoteknologi, tenker de på eksotiske innretninger som nanomaskiner eller medisinske anvendelser hvor små maskiner sirkulerer i blodet og renser ut fett fra arteriene (Kvalvåg Pettersen, 2005). Hva er så nanovitenskap og nanoteknologi? Nanovitenskap er definert som ”studie av fenomener og manipulering av materialer på atom-, molekyl og makromolekylnivå, hvor egenskapene endres betraktelig fra større skalaer” (Science Innovation, 2005). Nanoteknologi kan defineres som ”Nye teknikker for syntese og bearbeiding, herunder flytting av og bygging med naturens byggesteiner (atomer, molekyler eller makromolekyler), for intelligent design av funksjonelle materialer, komponenter og systemer med attraktive egenskaper og funksjoner og hvor dimensjoner og toleranser i området 0,1 til 100 nanometer (nm) spiller en avgjørende rolle” (Teknologirådet, ingen dato (b)). Nano er gresk for dverg. Den moderne forstavelsen angir en milliarddel. En nanometer er altså 1/1 000 000 000 av en meter eller 10-9m. Dette er betydelig mindre enn det som er synlig for det menneskelige øyet, som normalt registrerer størrelser ned til ca. 10.000 nanometer. Et hårstrå er ca. 50.000 nanometer (Teknologirådet, ingen dato (b)). Se figur 2 for en oversikt over nanoverden, hvor man starter med en maur og beveger seg nedover i nanoskalaen.

Figur 2: Nanoverden (http://www.sustainpack.com/nanotechnology.html).

EN LITTERATURSTUDIE AV NANOTEKNOLOGI OG EGNETHET FOR BRUK I EMBALLASJE Hva er nanoteknologi?


Nanoteknologi er ikke noe som bare benyttes til spesielle formål eller innenfor enkelte disipliner. Teknologien har eksistert siden romerne lagde glass og folk i renessansetiden lagde keramikk, men kunnskapen og forståelsen av nanoteknologi og hvordan den kan brukes er forholdsvis ny. Forskningen på nanokompositter startet i Japan på 1980-tallet, og det finnes flere produkter på markedet hvor nanoteknologi er tatt i bruk: bilindustrien, luftfartsindustrien, maling, kosmetikk, elektronikk, emballasje etc. Når det gjelder emballasje finnes det flere produkter på markedet hvor teknologien er benyttet, og da i første rekke i plastmaterialer (Kvalvåg Pettersen, 2005). Et avgjørende gjennombrudd for nanoteknologi kom sist på 1990-tallet, hvor ny laboratorieteknologi gjorde det mulig å bygge (og gjorde ny teknologisk tenkning mulig) molekylære strukturer "nedenfra-og-opp" - og ikke bare som før, "ovenfra-og-ned":

• ”Bottom-up” eller ”nedenfra-og-opp” teknologier indikerer fremgangsmåter som starter med små komponenter – nesten alltid enkle molekyler – som settes sammen for å lage ønsket struktur. I denne kategorien finnes kjemisk syntese, selvmontering (self-assembly) og posisjonell montering. Av disse er posisjonell montering den eneste teknikken hvor man kan oppnå full kontroll på hvert enkelt atom.

• ”Top-down” eller ”ovenfra-og-ned” teknologier er det motsatte. I fremstillingsprosessene starter man med et større materialemne og etser eller freser/skjærer til nanostrukturer ved å fjerne materiale fra utgangsemnet. Slike teknikker har blitt brukt i elektronikkindustrien i flere tiår for å produsere kretser og mikrobrikker. De mest brukte teknikkene er presisjonsskjæring og litografi. ”Top-down” teknikker gir rom for å produsere komplekse strukturer med høy funksjonsstabilitet. Ulempen er at de er energikrevende og gir mye avfallsprodukter sammenlignet med ”bottom-up” produksjon (Moore, 2004 og Teknologirådet, ingen dato (b)).

Rundt om i verden, både ved akademiske og kommersielle forskningsinstitutter, bygger man på tidligere utviklinger og lager nye måter for forskning innen nanovitenskap og nanoteknologi. Nanoteknologi dekker tre hovedområder innen forskning:

• Nanoelektronikk: skal brukes i datamaskiner, med mål om å utvikle maskiner med bedre ytelse til bruk både i industri og privat.

• Nanobioteknologi: skal brukes i medisin og helsesektoren for å promotere produksjon av biosensorer, biomaterialer og andre maskiner; i hovedsak for å behandle kreft og hjerte- og lungesykdommer.

• Nanomaterialer: skal brukes til å optimalisere solceller, optikk, emballasjematerialer osv (Moore, 2004 og EUs Sixth Framework Programme, 2004).

EN LITTERATURSTUDIE AV NANOTEKNOLOGI OG EGNETHET FOR BRUK I EMBALLASJE Hvilke muligheter og anvendelser nanoteknologi kan knyttes til i emballasjeindustrien?


4. Hvilke muligheter og anvendelser nanoteknologi kan knyttes til i emballasjeindustrien? Dette kapittelet beskriver hvordan nanoteknologi kan bidra innenfor forskning og utvikling av materialvitenskapen (nye og forbedrede materialer), og deretter hvordan nanoteknologi kan knyttes til emballasjeindustrien.

4.1 Materialvitenskap Studier i materialvitenskap har sett på kontroll av materialer i nanoskalaen, og mange av utviklingene som tilskrives nanoteknologi kan likegodt tilskrives utvikling av eksisterende teknologier. Bruk av nanovitenskap og nanoteknologi vil kunne lette fremgangen til eksisterende materialer og teknologier. Den forbedrede kontrollen til nanoskala strukturer og bedre forståelse av forholdet mellom struktur og egenskaper vil være viktige for utvikling av nye materialer som er sterkere og bedre i henhold til vekt eller har forbedret funksjonalitet (Moore, 2004). Andre, spesifikke områder hvor nanovitenskap og nanoteknologi bidrar til materialvitenskap inkluderer:

• Nye former for karbon: nye former for karbon ble oppdaget i 1985 og er grunnlaget for mange håp/drømmer innen nanoteknologi. Grunnen er at disse nye formene for karbon har velordnede strukturer som er nanoskalerte.

• Nanopartikler: har potensiale til, og påvirker allerede et antall produkter og tjenester. Utviklinger har allerede ført til reduksjon i mengde materialer som behøves for å lage produkter, og førte for eksempel til forbedringer i brenselseffekt hos biler og fly.

• Nanokompositter: introduksjonen av nanokomposittmaterialer slik som glass- og karbonforsterket plast har ført til utvikling av nye materialer som har betydelig høyere ytelse med hensyn til egenvekt sammenlignet med de konvensjonelle. I slike materialer, vil et forsterket materiale gi stivhet og styrke, mens et mindre stivt matriksmateriale sikrer seighet og reduserer vekt. I dagens kompositter er det forsterkede materialer i stor skala, og det finnes mulige fordeler dersom det kan reduseres. Anvendelse av eksfolierte leireplater som forsterkningsmateriale er allerede blitt utviklet, og har funnet anvendelse i bil- og emballasjeindustrien. Videre utvikling kan lage komposittmaterialer med forbedrede eller nye funksjonaliteter. En målanvendelse er i barrierecoatings for papp og papir (Moore, 2004).

4.2 Kommersielle applikasjoner Selv om et stort antall nanoteknologiske forskningsprosjekter har blitt gjennomført de 20 siste årene, i hovedsak i den akademiske verden, er det fortsatt et lite antall kommersielle applikasjoner i bruk. Utfordringen innen nanoteknologi ligger i å finne og gjenkjenne kommersielle applikasjoner som kan tas i bruk fra forskningen. Det nåværende markedet for anvendelser av nanoteknologi er lite, og er i hovedsak konsentrert rundt nisjeområder, men det vokser fort. Det er estimert at det omsettes for 385 millioner dollar årlig i USA, og at det kan nå 3,5 milliarder dollar i 2008 og 20 milliarder dollar i 2013 (Moore, 2004). Noen få kommersielle anvendelser av nanoteknologi finnes allerede, slik som forbedrede harddisker til bruk i datamaskiner, solkrem og forbedring innen telekommunikasjon. Mye av potensialet for overføringen av nanovitenskap til nyttige og anvendbare produkter kan skje i løpet av de 20 neste årene. Antall anvendelser er økende og varierte, og de dekker det meste



fra det militære og romfartsanvendelser til medisin og kosmetikk. Disse kan deles inn i følgene områder:

• Verktøy som brukes innen forskning og utvikling • Nye og forbedrede materialer • Elektronikk og informasjonsteknologi • Miljø og energi • Emballasje (Moore, 2004)

Denne rapporten vil kun beskrive de to mest relevante områdene 1) nye og forbedrede materialer, og 2) emballasje.

4.3 Nye og forbedrede materialer Nanovitenskap og nanoteknologi har gitt nytt liv materialvitenskapen og har ført til utvikling og evolusjon av et vidt spekter nye og forbedrede materialer gjennom nanostrukturering (Moore, 2004). Se figur 3 for ”veien til nye og forbedrede materialer”. Figur 3: The route to new and improved materials (Pira International Ltd.).

Atoms Molecules

CONTROLLED NANOSTRUCTURES

Colloids

BUILDING BLOCKS

Powders Colloids Films

”Synthesis”

Dispersjoner og coatings

High surface area materials

Functional nano- structured materials

Consolidated materials and devices

”Assembly”

Parallel assessment of safety, health and environmental impact, and potential toxicological hazards

Optical, thermal, electrical and diffusion barriers; highly porous, low conductivity but strong materials; active ingredient delivery routes

Catalysts, sensors, biomedical filters (membranes), implantable sensors, quantum dots, fuel cells, capacitors

Electronic, optical, optoelectronic, thermal effects, biological and food applications (texture, bio viability, preservation): targetable and triggerable ”smart” delivery

Shaped assemblies and devices, delivery systems, barrier coatings, functional thin films, textural an tactile finishes, sensors, ”process-on-a-chip” concepts



Materialer i nanoskalaen viser fundamental ny oppførsel, da deres størrelse faller under kritisk lengde ved en gitt egenskap. Inngripen i materialer i nanostørrelse tillater konstruksjon av materialer og mekanismer med nye egenskaper man tidligere ikke har trodd var mulig. Slike organiserte nanostrukturer som er vist i coatings, pulver, dispersjoner og kompositter, vil hjelpe til å revolusjonere et antall av industrisektorer gjennom produkter som:

• Funksjonelle coatings og malinger • Korrosjonsbeskyttelse • Miljøteknologisk utstyr • Ledende adhesiver og polymerer • Medikament og aktiv ingrediensoverføring • Biokompatible materialer • Funksjonelle barrierer • Selvrensende smarte overflater • ”Funksjonell” printing • Optisk kommunikasjon • E-blekk og e-papir • Bærbar energi • Vannrensing (Moore, 2004)

4.3.1 Nye former for karbon

To betydningsfulle eksempler på nye former for karbon er ”Buckminster Fullerene”, som er en perfekt sfære bestående av 60 karbonatomer, og nanorøret som består av sammenrullede lag med grafitt hvor rørene dekkes med fullerene hemisfærer (Moore, 2004). Se figur 4 for eksempel på nanorør.

Figur 4: Eksempel på nanorør (http://www.cordis.lu/nanotechnology/icons/funcars_1.jpg).

Meget lange nanorør antas å være meget sterke og stive og kan ha potensiale for å produsere ultrasterke, lettvektsfibre. Selv i kortere lengder bør deres mekaniske egenskaper gjøre de nyttige som forsterkningsmaterialer i komposittmaterialer. De er blitt benyttet i kompositter med en variasjon av matriks resiner, inkludert polyamider (PA), polyestere (PE), polykarbonater og deres blandinger, polystyren og høy-ytelses polymerer som polyfenylsulfid (PPS), polyetylenimin (PEI) og polyetereneterketon (PEEK). Effektiv dispergering av nanorørene i polymeren er essensiell for å nå ønskede egenskaper. Addisjon av nanorør til et polymersystem fører til økt viskositet gjennom prosessen, og denne effekten kan variere fra lite til betydelig, men sammenlignet med inkorporering av karbonfibre vil smeltestrømmen forbedres betraktelig (Moore, 2004).



4.3.2 Nanopartikler

Nanopartikler og nanopartikkelteknologi har potensiale til, og påvirker allerede et antall produkter og tjenester. Utviklinger har allerede ført til reduksjon i mengde materialer som behøves for å lage produkter, og har for eksempel ført til forbedringer i brenselseffekter i biler og fly (Moore, 2004). En interessant nanopartikkel med mål å øke polymeregenskaper kalles polyhedrisk oligomerisk silsequioxan (POSS). Dette er et unikt silika/silikonhybrid som består av en nanoskopisk stor modifisert partikkel av silika som er innkapslet i et ytre organisk lag. Dette tillater en lettere integrasjon til polymerer, enten gjennom blanding eller direkte kopolymerisasjon. POSS-baserte polymerer viser økt hardhet, temperaturmotstand, flammehemning og prosesserbarhet (Moore, 2004).

4.3.3 Nanokompositter

Polymerleirekompositter kan deles i tre kategorier: 1) Tradisjonelle kompositter (faseseparert): leire fungerer som tradisjonelt fyllstoff. 2) Interkalerte nanokompositter: polymerkjedene er plassert mellom leirlagene, som

resulterer i et ordnet multilag med alternerende polymer-/leirelag og en periodisk avstand på noen nanometer.

3) Eksfoliert nanokompositt: leirelagene er dispergert i en kontinuerlig polymermatriks (Kvalvåg Pettersen, 2004).

Se figur 5 for de ulike kategoriene nanokompositter:

Figur 5: Nanokompositt strukturer (Pira International Ltd.).

Nanokompositter er økende i sitt nærvær i polymerprosesser. Materialene lages fra et utall polymerer og inneholder relativt små ladninger (under 6 % ved vekt) av nanoskala mineralpartikler, for eksempel leire, hvor montmorillonitt er den mest vanlige (Leaversuch, ingen dato). Andre typer leire kan brukes, avhengig av de ønskede egenskapene til produktet. Disse leiretypene inkluderer hektoritter (magnesiosilikater), som inneholder meget små plater og syntetisk leire (eks. hydrotalkitt) som kan produseres i en meget ren form og kan bære en positiv ladning på platene, i motsetning til den negative ladningen til montmorillonitt. Den syntetiske måten å lage nanokompositter på avhenger av om sluttproduktet krever et interkalert eller eksfoliert hybrid (Moore, 2004). Det riktige valget av modifisert leire er viktig for å sikre effektiv penetrering av polymeren eller dens forløper inn i rommet mellom lagene i leiren og dermed ønsket hybridprodukt



(interkalert eller eksfoliert). Polymerer kan inkorporeres enten som polymeren selv eller via monomeren, som polymeriseres in situ for å gi den korresponderende polymerleire nanokompositten. Den andre av disse måtene er den mest suksessfulle fremgangsmåten, selv om den begrenser seg til de ultimate applikasjoner av disse systemene. Polymerene kan enten bli introdusert via smelteblanding (ekstrusjon) eller løsningsblanding. Generelt vil hver 1 vektprosent av inkorporert nanoleire gi 10 % forbedring. Deres interaksjon med harpiks molekylene endrer morfologien og krystalliniteten til matriks polymeren. Dette fører til forbedret prosessbarhet og forbedringer i barriere-, styrke-, og stabilitetsegenskapene (Moore, 2004, sitat fra www.nanocor.com). De overlegne barriereegenskapene til nanokompositter gjør de ideelle til emballering og medisinske anvendelser. Nanokompositt plast benyttes i forbruker og industriell emballasje, og karbon nanorør er blitt inkorporert for å forbedre pakking av elektroniske komponenter. Inkorporering av karbon nanorør i komposittmaterialer gjør de sterkere og lettere. Smart matemballasje som føler at produktet er ødelagt eller er blitt klusset med er en forlengelse av disse forbedringene. Nanokompositter er basert på et økende antall harpiks matriser, inkludert polykarbonater, biodegraderbar polylaktatsyre og ledende polyanilin, se tabell 3 (Moore, 2004). Tabell 3: Eksempler på nanokompositter (http://www.plasticstechnology.com/articles/200110fa3.html).

Supplier and trade name

Matrix resin Nano filler Target market

Bayer AG (Durethan LPDU)

Nylon-6 Organo clay Barrier films

Clariant PP Organo clay Packaging Creanova (Vestamid)

Nylon-12 Nano tubes Electrically conductive

GE Plastics (Noryl GTX)

PPO/nylon Nano tubes Automotive painted parts

Honeywell (Aegis)

Nylon-6 Barrier nylon

Organo clay Organo clay

Multi purpose Bottles and film

Hyperion PETG, PBT, PPS, PC, PP

Nano tubes Electrically conductive

Kabelwerk Eupen EVA Organo clay Wire & cable Nanocor (Imperm)

Nylon-6, PP Nylon MDX6


Multi purpose PET beer bottles

Polymeric Supply Unsaturated Polyester

Organo clay Marine, transport

RTP Nylon-6, PP Organo clay Multi purpose Electrically conductive

Showa Denko (Systemer)

Nylon-6 Acetal

Clay, mica Clay, mica

Flame retardant Multi purpose

Ube (Ecobesta)

Nylon-6, 12 Nylon-6, 66


Multi purpose Auto fuel systems

Unitika Nylon-6 Organo clay Multi purpose Yantai Haili Ind. & Commerce China

UHMWPE Organo clay Earthquake-resistant pipe



For eksempel har Eastman introdusert en MMT-basert PET (MMT = 5 % montmontrillonitt-leire) kalt Imperm, som de har utviklet i samarbeid med Nanocor. Eastman påstår at Imperm har barriereegenskaper som er tre til seks ganger bedre enn vanlige nylonbarrierer (Moore, 2004). Case: Nanocor – M9 høy barriere flasker En kunde som produserer multilags ketchupflasker opplevde et høyere antall kasseringer enn akseptabelt. Dette var i tillegg til vanskeligheter i produksjon med EVOH som barrierelaget. Kunden ønsket derfor å bytte EVOH med et mer kostnadseffektivt materiale som ville føre til enklere produksjon samtidig som barriereegenskapene opprettholdes. Målet for studien var:

• Bytte EVOH med M9 • Redusere antall kasseringer på grunn av delaminering • Opprettholde nåværende barriereegenskaper • Opprettholde kostnadene (Moore, 2004, Nanocor, 2004b)

EVOH-barrierelaget ble vellykket erstattet med M9. I tillegg eliminerte Imperm behovet for mellomlag. Dette reduserte kasseringsraten med 71 %, samtidig som barriereegenskapene og kostnadene var de samme, selv før man regnet med kostnadsbesparelser med lavere kasseringsrater (Moore, 2004, Nanocor, 2004b).

4.4 Emballasjens endrede egenskaper ved nanoteknologi Hvilke egenskaper kan endres ved bruk av nanokompositt (polymer nanokompositt)? Noe av det som kan gjøre nanoteknologi spesielt interessant til emballasjeformål er at flere egenskaper kan endres samtidig. Av de egenskapene som kan endres ved bruk av nanokompositter er bla:

• Mekaniske egenskaper som styrke og dimensjonsstabilitet • Forbedret strekkfasthet • Varmestabilitet • Flammehemming og reduksjon av røykutvikling • Kjemisk motstand • Elektrisk konduktivitet • Overflateutseende, optiske egenskaper, transparenthet • UV-motstand • Lavere tetthet og bedre resirkulerbarhet • Bedre barriereegenskaper (Kvalvåg Pettersen, 2005)

Av disse er selvsagt noen som er av større interesse/viktighet for emballasje til næringsmidler. Dette gjelder varmestabilitet, optiske egenskaper/transparenthet, UV-motstand, lavere tetthet, bedre resirkulerbarhet og ikke minst barriereegenskaper (Kvalvåg Pettersen, 2005).

4.4.1 Barriereegenskaper

For å begynne med det siste først, barriereegenskaper: gjennomtrengning av gassmolekyler skjer ved at gassmolekylene ”løses” i polymeren og at de diffunderer gjennom. Nanopartikler bidrar til at veien gassmolekylene må bevege seg for å komme gjennom polymeren blir lengre, det vil si at hastigheten reduseres. Det bør imidlertid nevnes at det er mulig ved hjelp av nanopartikler å øke hastigheten ved at man oppnår et mer porøst materiale. Både vanndampgjennomgang, CO2-gjennomgang og O2-gjennomgang (OTR) kan reduseres som følge av addisjon av nanokompositter. Avhengig av type polymer kan hastigheten reduseres til minst halvparten ved bruk av nanokompositter, og da ofte med relativ liten andel kompositt



(< 5 %). Man kan altså oppnå emballasjematerialer med bedre barriereegenskaper og man kan lage lettere emballasjer (tynnere polymerlag eller mindre fyllstoff) med tilsvarende barriereegenskaper (Kvalvåg Pettersen, 2005). 4.4.1.1 Gassbarrierer Forbedring i gassbarriereegenskapene som kan komme fra inkorporering av relativt små mengder nanoleirematerialer viser seg å være betydelig. Data fra ulike kilder viser at OTR til polyamidorganoleirekompositter kan være under halvparten sammenlignet med umodifisert leire. Videre data avslører i hvilken grad både mengde inkorporert leire i polymeren og forholdet fyllstoff påvirker barriereytelsen. Spesielt har forholdet fyllstoff vist seg å ha stor betydning, hvor høye forhold (og derfor tendenser mot fyllstoff inkorporering på nanonivå) drastisk påvirker gassbarriereegenskapene. Slike gode barrierekarakteristikker har resultert i betydelig interesse i nanoleirekompositter til bruk i emballering av næringsmidler, både fleksible og rigide. Spesifikke eksempler på emballasje finnes for prosessert kjøtt, ost, konfekt, kornblandinger og ”boil-in-the-bag” mat, i tillegg til ekstruksjons-coating anvendelser i pappkartonger for juice og melk og ko-ekstrusjonsprosesser for øl- og karbonholdige drikkeflasker. Ved bruk av nanokompositt-formulering antar man at flere typer næringsmidler får betydelig økt ”hylleliv” (Moore, 2004). Avery Dennison har utviklet en patentert ultrahøy, gassbarriere coatingfilm ved bruk av nanoteknologi. I motsetning til andre teknikker som dispergerer nanopartiklene inn i filmresinet vil man med denne teknikken dekke filmens overflate med nanopartikler. Dette gir et godt kontrollert og jevnt dekke som man tror gir ultrahøye gassbarrierer, motstand mot dynamiske bøyningssprekker, klarhet og et meget tynt coatinglag som er mindre enn en mikron tykk. Det finnes likevel begrensinger til coatings. Den er ikke en effektiv barriere mot fuktighet, og dens gassbarriereegenskaper minker med økende relativ fuktighet. Denne følsomheten mot fuktighet er reversibel og dens gassbarriereegenskaper returnerer fullstendig når det ikke finnes fuktighet. Man antar at produktet vil være ideelt for fleksibel pakking som krever høye gassbarrierer, motstand mot dynamiske bøyningssprekker og klarhet (Moore, 2004). 4.1.1.2 Oksygenbarrierer Det er utviklet et kombinert aktivt/passivt oksygen barrieresystem for polyamid 6 materialer. Passive barrierekarakteristikker kommer fra nanoleirepartikler inkorporert via smelteprosess teknikker, mens det aktive bidraget kommer fra en oksygen scavanger. Målinger av OTR viser betydelige fordeler med inkorporert nanoleire sammenlignet med basepolymeren (Moore, 2004). Case: Honeywell Engineering Forskere ved Honeywell Engineering Applications & Solutions i USA har sett på muligheten for at plater av nanoleire kan fungere som gassbarriere sammen med en oksygen-reaktiv komponent til bruk i meget impermeabel emballasje. Nanomero (syntetiske plater av leire) fra Nanocor inkorporeres i caprolaktam, en nylon-6 monomer, via in situ polymerisasjon. Platene eksfolieres og dispergeres når leiren sveller i den smeltede monomeren. Deretter tilfører man en passende oksygen scavenger (Moore, 2004, sitat fra www.cepmagazine.org). Nanoleiren firedobler gassbarrieren, i tillegg til at oksygen scavengeren reduserer netto permeabilitet med omtrent 100-1000 ganger sammenlignet med opprinnelig matriksmateriale. Honeywell har benyttet kompositten Aegis som et barrierelag mellom PET lag i drikkeflasker. Aegis og PET ekstruderes separat i formene, så strekkblåses de til ønsket form med tykkelse



på 10-12 mm. Barrierelaget, som utgjør ca 5-8 % av flaskens vekt, begrenser oksygenpermeabiliteten til under 1 ppm i fire til seks måneder. Dette imøtekommer krav til øl- og juicebeholdere. Det er ingen kjemisk binding mellom lagene og flasken kan tas fra hverandre og resirkuleres (Moore, 2004, sitat fra www.cepmagazine.org).

4.4.2 Tetthet og resirkulerbarhet

Andel uorganisk fyllstoff som trengs er ofte bare noen få prosent for å oppnå samme styrke/stivhet etc. som ved bruk av tradisjonelle materialer. Dette resulterer i lettere materialer, og man unngår mange av de dyre og vanskelige fremstillingsmetodene som er kjent for de konvensjonelle fiber- og mineraltilsatte polymerene. Polymerleirekompositter kan fremstilles ved ekstrusjon og injeksjonsstøping som normalt er forebeholdt ufylte polymerer (Kvalvåg Pettersen, 2005).

4.4.3 Transparenthet og UV-motstand

Når enkle lag er dispergert i polymermatriksen, er resultatet at nanokompositten er optisk klar i synlig område ved at kompositten påvirker krystallisasjonen. I UV-området fører kompositten til større spredning og/eller absorpsjon, som resulterer i lav transmisjon av UV-lys. Man kan altså lage emballasjer som er mer transparente og med forbedrede UV-egenskaper (Kvalvåg Pettersen, 2005).

4.4.4 Varmestabilitet

Inkorporering av leire i polymermatriksen fører generelt til varmestabilitet ved å opptre som isolator og som barriere mot massetransport av flyktige forbindelser. I begynnelsen av den termiske dekomponeringen fører leiren til at dekomponeringen skjer ved en høyere temperatur. Etter dette resulterer denne varmebarriereeffekten i en revers termisk stabilitet; de stablede silikatlagene kan holde akkumulert varme som kunne blitt brukt som varmekilde for å akselerere dekomponeringsprosessen, sammen med varmestrømmen tilført fra utsiden (Kvalvåg Pettersen, 2005). Når det er luft tilstede, er det i tillegg til egenskapen som isolator også det at nanokompositten hindrer diffusjon av oksygen fra gassfasen til polymeren. I tillegg vil migrasjonen av de flyktige dekomponeringsproduktene ut av kompositten sannsynligvis forhindres (Kvalvåg Pettersen, 2005). Termisk stabilitet av nanokompositter endres systematisk med økende andel leire med opptil fem vektprosent. Nedbrytningstemperaturen kan øke med 40-50 ºC for flere polymertyper ved tilsats av nanokompositter. Dette resulterer i at man kan benytte høyere temperaturer ved emballering av næringsmidler (Kvalvåg Pettersen, 2005). Noen få ulemper assosiert med nanopartikler finnes med hensyn til seighet og slagytelse. Visse data presentert foreslår at nanoleire modifikasjon av polymerer som for eksempel polyamid kan redusere slagytelsen (Moore, 2004). Case: Bayer Den primære hensikten med emballeringsfilmer til næringsmidler er å beskytte innholdet mot fuktighet, uttørking og oksygen. Forskere ved Bayer Polymers utvikler nå plastemballasje som er mer lufttett ved å bruke ny nanopartikkelteknologi (Moore, 2004, sitat fra http://www.research.bayer.com/edition/polyamides.php).



De har utviklet en plast som de refererer til som et hybrid system som er beriket med et stort antall silikat nanopartikler. Når de prosesseres inn i tynne filmer vil plasten utføre en bedre jobb med å hindre forringelse av mat (Moore, 2004, sitat fra http://www.research.bayer.com/edition/polyamides.php). Det mest fryktede stoffet for de fleste næringsmidler er oksygen, fordi det ødelegger fettet i kjøtt og ost og dermed harskner produktet. Kun to typer plast var tilgjengelig for å unngå disse uønskede reaksjonene: rimelige, men noe permeable polyamid 6 for lite sensitiv mat, og dyre, men lufttette etylenvinylalkohol (EVOH) for følsomme produkter (Moore, 2004, sitat fra http://www.research.bayer.com/edition/polyamides.php). Det nye filmmaterialet med nanopartikler utnytter fordelene til disse to plasttypene: det er fortsatt billig, men meget lufttett, og ikke fullt så god som EVOH, men bedre enn polyamid 6. De innkapslede partiklene – som kun er noen nanometre tykke – hindrer gasser i å trenge gjennom filmen, og fuktighet fra å unnslippe. Med et labyrintliknende arrangement i plasten fungerer de som en barriere, og gjør det vanskelig for stoffer som oksygen å passere emballasjen. De øker avstanden som gassmolekyler må bevege seg gjennom filmen, og dermed vil oksygenpartiklene måtte bevege seg rundt silikatplatene (Moore, 2004, sitat fra http://www.research.bayer.com/edition/polyamides.php).

4.5 Intelligent og/eller aktiv matvareemballasje I nær fremtid vil det finnes funksjonell emballasje: aktiv og/eller intelligent emballasje. Med aktiv emballasje menes emballasje hvor nanoteknologiske anvendelser skal påvirke/reagere med næringsmiddelet. Intelligent emballasje skal fortelle forbrukeren hvor ferskt produktet er ved å benytte nanopartikler, eller den skal kunne gi informasjon om emballasjen har vært åpnet eller tuklet med (Kvalvåg Pettersen, 2005). I følge analyser fra USA på ”aktiv, kontrollert og smarte” anvendelser for drikke- og matemballasje estimert til 38 milliarder dollars og vil passere 54 milliarder dollars i 2008 (www.sustainpack.com).

4.5.1 Anvendelser til næringsmidler

En samarbeidsstudie mellom Triton Systemer og US Army utføres for å se på barriereytelse. De ønsker å se på et ikke-frysbart emballasjesystem som kan opprettholde næringsmidlers ferskhet i opptil tre år. Polymerkompositter av nanoleire viser lovnad for denne typen anvendelse. Det er trolig at de utmerkede gassbarriereegenskapene vist av nanokompositter vil resultere i betydelig bruk innen emballasje de kommende årene (Moore, 2004). Case: Triton Tritons ORMLAS barrierepolymerer er basert på dispering av navnebeskyttede ”nanofiller” materialer i form som plater, ca. 1 nm tykk, gjennom hele plasten. Disse fyllstoffene vil automatisk orientere seg lagvis i plasten. Ved kontroll av disse lagene, vil det dannes et nettverk som reduserer transmisjon av gasser gjennom plasten. Det finnes prototyper for bruk i farmasi, biomedisin, samt flytende og fast emballasje i ulike stadier (Moore, 2004, sitat fra www.tritonsys.com). En annen mulighet for nanopartikler finnes i anvendelser til sikring av emballasje hos næringsmidler. Forskere har undersøkt muligheten for at en syntetisk adhesin-spesifikk nanopartikkel vil binde seg irreversibelt til visse typer bakterier, for å hindre binding til og infeksjon av verten. Forskningen har som mål å redusere infeksjonsmulighetene av menneske matbårne enteropatogener i fjærfeprodukter, ved å bruke to typer nanopartikler. Den ene typen er basert på self-assembly av organiske polymerer (for eksempel polystyren) og den



andre er uorganiske nanopartikler med polysakkarider og polypeptider for å fremme binding til bakterieceller (Moore, 2004). I Nederland undersøkes utvikling av emballasje hvor konserveringsmiddelet bare frigis når tilstedeværelse av en mikroorganisme er detektert (Kvalvåg Pettersen, 2005 og Moore, 2004). Denne induserte frigjøringen skjer ved en bio-switch utviklet med bionanoteknologi, se figur 6.

Figur 6: Bio-switch med bionanoteknologi indusert frigjøring av konserveringsmiddel (Moore, 2004).

Fordelen med denne ”release-on-command” konserverende emballasjen er:

• Konserveringsmidler frigis kun når ødeleggelsen skjer • Konserveringsmidler er lokalisert lokalt og derfor finnes det mindre

konserveringsmiddel i næringsmiddelet • Konserveringsmiddelet aktiveres når det er nødvendig og ikke før, som vil kunne føre

til et lengre ”hylleliv” • Mulighet til å lage selektive matrikser til visse produkter, for eksempel farmasøytiske

anvendelser/fermenterte produkter (Kvalvåg Pettersen, 2005 og Moore, 2004) Forskningen er fortsatt i utviklingsfasen og er avhengig av patent. Det skjer pågående arbeid for å utvikle anvendelser til emballasjens overflate, og teknikken krever at emballasjematerialet godkjennes av myndighetene. Teknikken har følgende muligheter og anvendelser:

• Cap liners for å inhibere mugg/bakterievekst • Folie for vakuumpakkede produkter • Coatings av multilag kartonger/flasker • Emballasje/coating materiale for fermenterte produkter • Anvendelser til kosmetikk og farmasi (Moore, 2004)

4.5.2 Sensorisk emballasje

Et av problemene som næringsmiddelindustrien og forhandlere har er å se om en emballasje har vært åpen eller blitt tuklet med. En foreslått løsning er å anvende en indikator av nanokrystaller i en form av et oksygen intelligent blekk som er printbart på de fleste overflater. Denne indikatoren vil detektere om det er oksygen til stede i emballasjen eller ikke. En slik løsning er mulig da de fleste næringsmidler i dag pakkes under modifisert atmosfære, hvor man benytter nitrogen eller karbondioksid for å flushe oksygen ut av emballasjen (Moore, 2004). Se figur 7. Et slikt blekk kan bestå av:

• UV-lys aktiverte nanokrystallinske partikler fra en halvleder (eks. titanoksid)



• En sterkt farget redoks-følsom indikator (eks. metylen blått) som, når fotoredusert av halvlederen, mister farge og blir oksygen-følsom

• En redusert form av indikatoren som hurtig reagerer med oksygen for å returnere til opprinnelig farge

• Et mildt reduserende stoff som returnerer halvlederen til opprinnelig tilstand • En polymer for å binde stoffene sammen • En løsning for å blande de ulike komponentene sammen for å lage blekket (Moore,

2004) Et system med et slikt blekk kan benyttes for å se om emballasjen er blitt klusset med eller dersom det er feil i emballasjen. Figur 7: En fremtidig nanokrystallinsk indikator (Pira International Ltd).

Ved bruk av nanomaterialer kan man altså oppnå lengre holdbarhetstid, bla. ved å forbedre barriereegenskaper og ved bruk av absorberende/reagerende forbindelser. Man kan oppnå større bruksområde for emballasjen ved at den tåler høyere temperatur. I tillegg er den miljømessig og muligens en transportkostnadsgevinst ved at emballasjematerialet kan bli tynnere og lettere (Kvalvåg Pettersen, 2005). I nær fremtid vil det også finnes funksjonell emballasje: aktiv og intelligent emballasje (antimikrobiologisk, konserverende og emballasje med sensorer som reagerer på temperatur, fuktighet, lys og forråtnelse) (Kvalvåg Pettersen, 2005).

O2 O2

O2

O2 O2

Before MAP Plastic packaging

Indicator film

N2 N2 N2 N2

N2 N2

N2 N2 N2 N2

N2 N2

After MAP

N2 N2

N2 N2

N2 N2 N2 N2

After MAP with a UVa light

O2 O2 O2

O2 O2

The film will stay colourless until exposed to air



4.6 NMP-programmet Programmets fulle tittel er “Nanotechnologies and nanosciences, knowledge-based multifunctional materials and new production processes and devices (NMP)”. NMP-programmet er en videreføring av det tidligere GROWTH-programmet under EUs 5. rammeprogram, samtidig som det innebærer nye vinklinger. Programmet inviterer europeisk forskning og industri til å utvikle detaljert kunnskap om prosesser og produkter helt ned mot atomnivå. (Norges Forskningsråd, 2003a).

4.6.1 Mål for NMP

Nanoteknologi og nanovitenskap, kunnskapsbasert multifunksjonelle materialer og nye produksjonsprosesser og metoder (NMP) er den tredje tematiske prioriteringen under ”Focusing and Integrating” i EUs 6. rammeverk. NMP fokuserer på å følge opp følgende områder:

• Nanoteknologi og nanovitenskap: et flaggskip i den neste industrielle revolusjon • Multifunksjonelle kunnskapsbaserte materialer: kritiske faktorer i innovasjon • Nye produksjonsprosesser og metoder: nøkkelen for tilfredsstillende utvikling (Cordis,

ingen dato (b)) Det underliggende målet for NMP er å bevege seg mot en kunnskapsbasert og mer miljøvennlig industri gjennom en integrert fremgangsmåte kombinert med materialvitenskap, nanoteknologi, produksjonsteknologier, informasjonsteknologier, bioteknologi etc. Dette betyr kapasitet til å bevege seg mot kunnskapsbaserte produkter og prosesser:

• Gjennombrudd i ny akseptabel kunnskap og langvarig RTD • Videre omfang for industriell forskning (miljø, helse, energi, arbeid, utdanning og

trening, lovlig og finansielle aspekter, vitenskap og befolkning) • Sikre tverrfaglighet, multidisiplin og livssyklus-anvendelser • Integrering av aktører, ekspertise, disipliner, teknologier, aktiviteter, sektorer etc.

(Cordis, ingen dato (b)). 4.6.1.1 Nanoteknologi og nanovitenskap Nanoteknologi og nanovitenskap representerer en ny tilnærming til materialkunnskap og engineering, så vel som design av nye mekanismer og prosesser. Europa har en sterk posisjon i de nanoteknologier som trengs for å bli konkurransedyktige for europeisk industri. Målet er tosidig: å promotere dannelsen av en RTD-intensiv europeisk nanoteknologisk relatert industri og å promotere opptak av nanoteknologier i eksisterende industrielle sektorer. Forskningen kan bli langvarig og ha høy risiko, men det vil orienteres mot industrielle anvendelser og/eller koordineres på EU nivå. En aktiv policy er å oppmuntre industribedrifter og SMB, inkludert oppstart, og den vil følges gjennom promotering av sterk industri/forskningsinteraksjon ved å starte prosjekter med en viss størrelse. Forsknings- og utviklingsaktiviteter skal også fremme utvikling av ny profesjonell kunnskap. Ved behov bør man se på sosiale, helse, etiske og regulatoriske problemer (Cordis, ingen dato (b)). 4.6.1.2 Kunnskapsbaserte multifunksjonelle materialer Nye kunnskapsbaserte materialer, som bidrar til nye funksjonaliteter og forbedrede egenskaper vil være kritiske drivkrefter for innovasjon i teknologier, metoder og systemer. Disse gir støtte til gunstig utvikling og konkurranse gjennom tverrfaglige anvendelser. Siden disse anvendelsene har stor påvirkning på individer og samfunnet som helhet, kreves en ny forskningskultur. RTD aktiviteter antas å ha høy risiko, være inter- og tverrfaglige, langvarige



og generiske med mulige fordeler innen materialer, vedlikehold og energisparing så vel som innen helse, miljø og sikkerhet (Cordis, ingen dato (b)). Gjennombrudd vil nødvendigvis ikke bare komme fra ny materialutvikling, men også fra nye prosesser og anvendelser, som for eksempel fra gjenbruk av råmateriale. For å sikre Europas sterke posisjon innen nye teknologimarkeder vil de ulike aktørene være mobilisert gjennom RTD partnerskap og høy-risiko forskning (Cordis, ingen dato (b)). 4.6.1.3 Nye produksjonsprosesser og metoder Nye produksjonskonsepter må designes basert på gjennombrudd i organisatorisk, kvalitet og teknologisk utvikling, ved å støtte nye produkter, prosesser og tjenester. Målet er å støtte overgangen til den europeiske industrien til en mer kunnskapsbasert industri, ved å tillegge verdier og forbedret konkurranse/levedyktighet. Det er viktig å sørge for at de fremtidige industrielle systemene utstyres med de nødvendige verktøy for effektiv livssyklus-design, produksjon, bruk og gjenbruk, og på samme tid redusere interne og eksterne kostnader samt farer. Passende organisasjonsmodeller og forbedret kunnskapsstyring bør støtte teknologiske utviklinger og innovasjonsveier. Det er behov for forskningsprosjekter som kan flagge forskning og utvikling, samtidig som samarbeid mellom industri og forskning vektlegges. Utbyttet av dette vil bli et rammeverk for ”manufacturing in 2010” basert på forbedret koordinering og integrasjon av forskningsprosjekter på europeisk nivå (Cordis, ingen dato (b)). 4.6.1.4 Integrasjon av nanoteknologier, nye materialer, og nye produksjonsteknologier for forbedret sikkerhet og livskvalitet Dette området er et tillegg til de tre foregående på grunn av utfordringen ved integrasjon av forventet utbytte og på grunn av antall av EoIs som er mottatt på området. Et spesielt mål bør være å slå sammen materialteknologi og avanserte industriteknologier med hensyn til helse. I denne sammenhengen har integrasjon av teknologisk utvikling, spesielt den nye generasjonen av smarte og hybrid metaller i samspill med omgivelsene, et stort potensiale for utvikling av sensorer og mekanismer, som igjen vil kunne føre til bedre sikkerhet for mennesker og miljø (Cordis, ingen dato (b)).

4.6.2 Økonomiske rammer

Med et budsjett på 1 300 millioner euro i perioden 2002-2006, vil NMP i EUs 6. rammeverk promotere overgangen til kunnskapsbaserte produkter og tjenester gjennom gjennombrudd i ny akseptabel kunnskap og langvarig RTD (Cordis, ingen dato (a)).

4.6.3 NMP og internasjonal samarbeid

Industriell forskning trenger en passende kritisk masse og får drastiske fordeler fra en internasjonal dimensjon. Internasjonalt samarbeid representerer en viktig dimensjon i det 6. rammeverket. Gjennom denne åpningen deltar det forskere, lag og institusjoner fra den tredje verden. Alle deltakere fra den tredje verden kan delta i RTD (i tillegg til et minimum antall deltakere fra medlemslandene og tilleggsland) dersom deres bidrag har støtte og deres bidrag er godt integrert i aktiviteter i arbeidsprogrammet (Cordis, ingen dato (b)). Et budsjett på 285 millioner euro er tilgjenglig på tvers av de 7 temaene under EUs 6. rammeverk for å gi støtte til deltakelse fra den tredje verden i RTD (Cordis, ingen dato (b)).



Det er i tillegg en serie bilaterale avtaler for vitenskapelig og teknologisk samarbeid med Argentina, Australia, Canada, Chile, Kina, India, Russland, Sør-Afrika og USA. Disse deltar med egen støtte. En spesifikk del av NMP er ”Intelligent Manufacturing Systems”, og det er initiativ fra Norge, Sveits, Canada, USA, Japan, Australia og Korea. Denne multilaterale avtalen tillater forskningskoalisjoner mellom EU og de andre medlemsområdene (Cordis, ingen dato (b)).

4.6.4 NMP og små/mellomstore bedrifter (SMB)

På grunn av sin tverrfaglige industrielle relevans så kan SMB spille en viktig rolle for NMP. Minst 15 % av budsjettet vil gå til støtte av SMB i NMP prosjekter. Nye muligheter åpnes for SMB. SMB kan enten delta i spesifikke aktiviteter for og av SMB innen integrerte prosjekter og nettverk for eksellense eller de kan spille en ledende rolle i integrerte prosjekter dedikerte for SMB (Cordis, ingen dato (b)). I tillegg oppfordres høyteknologiske SMB til å ta en aktiv rolle i alle typer instrumenter implementert under NMP og det stimuleres til oppstartsaktiviteter (Cordis, ingen dato (b)).

4.7 NANOMAT-programmet Forskningsrådets satsning på nanoteknologi og nye materialer – NANOMAT - er et av Forskningsrådets store programmer i årene 2003-2006 som skal ivareta nasjonal satsning på de aktuelle teknologiområdene (Natvig et al, 2005). Målet for satsningen er å styrke grunnleggende kompetanse for p legge grunnlag for et nytt kunnskapsbasert og forskningsintensivt næringsliv og gi en bærekraftig fornyelse av etablert norsk industri. Programmet skal tilstrebe høy vitenskaplig kvalitet gjennom å:

• Utvikle nye materialer med hovedvekt på funksjonelle materialer • Fokusere på utvalgte deler av nanoteknologien (Thorolvsen Munch, A. & Lang, P.K,

2003). Sentrale, nasjonale FoU-utfordringer for forskningsfeltet fremover vil være:

• Støtte nysgjerrighetsdrevet forskning, som ikke bare vil gi ny kunnskap, men også være grunnlaget for industrivekst

• Oppbygging av generisk kompetanse, som i stor grad vil være tverrfaglig. Viktige, utvalgte fagområder er: • overflatevitenskap, nanodesign og funksjonelle materialer • fundamental materialkunnskap, overflateteknologi, katalyse og polymerisasjon,

bearbeiding og forming, struktur/egenskapsrelasjoner, konstruksjonsoppførsel, matematisk modellering samt design og produksjon

• Ressurskrevende investeringer i utstyr og utvikling av kompetanse i bruk av dette. Samordning og utbygging av infrastruktur vil derfor stå sentralt, for eksempel også ved et tett samspill med satsningen på mikroteknologi

• Sørge for at forskningen foregår i samsvar med forsvarlige etiske retningslinjer og styrke kompetanse på miljømessige konsekvenser, spesielt knyttet til nanoteknologi hvor det må legges et føre-var-prinsipp til grunn (Natvig et al, 2005).

Høvik poengterer at ”denne teknologien tilbyr et uendelig antall muligheter. På lang sikt vil nanoteknologi gjøre det mulig for oss å forbedre både syn og hørsel. Men det er på den andre siden knyttet usikkerheter til utviklingen så vel som de potensielle effektene på helse og miljø.



Nye risikoer kan oppstå både kvalitativt og kvantitativt. Dette betyr at det er behov for ny forskning og kompetanse innenfor nanoteknologi med hensyn til helse, miljø, etikk og befolkning”. (Haugsdal, G. & Salvesen, E., 2003).

EN LITTERATURSTUDIE AV NANOTEKNOLOGI OG EGNETHET FOR BRUK I EMBALLASJE Hvilke utfordringer nanoteknologi innebærer i forhold til helse, miljø, sikkerhet og ressurs?


5. Hvilke utfordringer nanoteknologi innebærer i forhold til helse, miljø, sikkerhet og ressurs? Nanoteknologiens inntog bringer med seg ulike forventinger, muligheter og risikopotensial. Dette kapittel beskriver kort disse emnene. Dette kapittelet berører nanomaterialer og – partikler generelt, og ikke spesifikt i forhold til emballasje, da det er lite spesifikk kunnskap om nanomaterialer knyttet til emballasje.

5.1 Forventninger til nanoteknologi Troen på nanoteknologier reflekteres i viljen til investering, med både offentlige og private (venture) midler, på antallet nye nanopatenter og på økningen av antallet vitenskapelige publikasjoner og siteringer (Natvig et al, 2005, sitat fra Ecologist, 2003). Skeptikere og motstandere ser til gjengjeld risikoen for neste skritt i biologisk/kjemisk krigføring, utilsiktede og uoversiktlige konsekvenser for miljøet og konstruksjon av forbedrede mennesker (og nye arter). Noen anser at teknologien er så kraftfull at den i seg selv utfordrer den menneskelige eksistens (Natvig et al, 2005, sitat fra Ecologist, 2003). I Norge og i størstedelen av den vestlige verden, utviser befolkningens forventinger til nanoteknologiene interessante fellestrekk og tendenser. Opinionsundersøkelser (tabell 4) viser at:

• 53 % nordmenn forventer at nanoteknologi vil føre til en forbedring av levestandarden i løpet av de neste 20 år

• 38 % angir at de ikke vet, eller at de ikke forventer endringer • 9 % forventer at nanoteknologi vil føre til en forverring av vår levestandard (Natvig et

al, 2005) Gitt nanoteknologiens potensialer, spesielt i en kontekst av konvergerende vitenskaper, er det en overforenkling å sidestille nanoteknologier med andre nye teknologier som informasjonsteknologi, bio-/genteknologi osv. For undersøkelser av risikopersepsjon og befolkningens holdninger, er det likevel relevant å sammenholde disse. (Natvig et al, 2005). Sammenlignet med andre nyere, men dog eldre og mer etablerte teknologier, er forventningene til nanoteknologi:

• Betraktelig lavere enn sol- og informasjonsteknologi, som befolkningen gjennomgående har store positive forventinger til (omkring 3 av 4 forventer at disse teknologiene vil føre til en forbedring)

• Betraktelig høyere enn atomenergi, som aldri har oppnådd store positive forventninger (1 av 4 forventer at den vil føre til en forbedring og 1 av 2 til en forverring)

• På nivå med den forrige av de nye teknologibølgene knyttet til bio-/genteknologi (som også omtrent 5 av 10 (49 %) forventer vil føre til en forbedring) (Natvig et al, 2005)



Tabell 4: Forventninger til nye teknologier i Norge i 1999, 2002 og 2004, gitt i prosenttall (Natvig et al, 2005).

Vil forbedre Vil forverre Vet ikke & ingen virkning

99 02 04 Snitt 99 02 04 Snitt 99 02 04 Snitt Solenergi 79 75 75 76 4 3 4 4 17 22 21 20 Informasjonsteknologi 71 70 71 71 15 11 11 12 14 19 15 16 Nanoteknologi 64 40 54 53 10 15 3 9 26 44 44 38 Bio-/genteknologi 43 48 55 49 39 27 24 30 18 25 21 21 Atomenergi 18 28 23 54 39 47 28 33 31 Bio-/genteknologien har imidlertid først i løpet av de aller siste år nådd et så høyt forventningsnivå. Forventningene til nanoteknologien skiller seg også på to andre måter fra forventningene til bio-/genteknologi:

• Betraktelig færre forventer at nanoteknologien vil føre til en forverring (1 av 10 (10 %) for nanoteknologi mot 3 av 10 (30 %) for bio-/genteknologi)

• Betraktelig flere angir at de ikke vet, eller ikke forventer forskjeller på grunn av nanoteknologi (38 % for nanoteknologi og 21 % for bio-/genteknologi) (Natvig et al, 2005)

5.2 Nanopartiklenes risikopotensial Spørsmålene omkring nanopartiklenes helsepotensial er mange. Kan materialer med uskyldige makroegenskaper eksempelvis fremvise toksiske effekter på nanonivå? Hvordan endres stoffenes reaktivitet med redusert størrelse? Hvordan vil endrede kjemiske egenskaper til nanopartikler påvirke kroppen dersom de blir benyttet i konsentrert form (eksempelvis som spray)? Hvilke kilder til nanopartikler finnes, og hvor? Hvordan vandrer partiklene i næringskjedene, og hva skjer med nanopartiklene som allerede er observert akkumulert i visse organer? Hvor mange av disse blir skilt ut, og via hvilke kanaler? (Natvig et al, 2005). Partikler som kan vandre fritt utenfor bærematerialer, representerer sannsynligvis den største faren, spesielt i tørr pulverform (sitat fra Luther, 2004). Det er i første rekke i laboratorie- eller produksjonsmiljøer at slike nanopartikler opptrer fritt, og i de nærmeste årene vil personer som arbeider i nanoindustrien eller -forskning sannsynligvis være de mest utsatte (sitat fra Royal Soc., 2004). På sikt, med økende bruk av nanomaterialer, vil befolkningen bli mer eksponert for nanopartikler. (Natvig et al, 2005). Britiske myndigheter har vurdert eksponering i forbindelse med produksjon av nanopartikler i Storbritannia. Det konkluderes med at allerede i dag kan 2000 personer være utsatt i forbindelse med fire ulike produksjonsmåter (gassfase, vannavsetninger, kolloid og gnidning). Anslagsvis kan mer en 70 000 personer i den britiske nanoindustrien være direkte eksponert av nanopartikler innen 2020. Det er ikke grunnlag for å si at personelleksponeringen fra nanopartikler har blitt vurdert i tilstrekkelig grad. Gjennomgangen viser dessuten at dagens kunnskapsnivå er utstrekkelig for risikovurderinger og at effekter av mottiltak mot eksponering ikke er dokumentert (sitat fra HSE, 2004). Eksponeringsgraden vil avhenge av produksjonsteknikker og beskyttelsestiltak. Effekter av beskyttelsestiltak mot nanopartikler, herunder ventilasjon, masker og drakter, er imidlertid ikke dokumentert (sitat fra Lapique, 2004). (Natvig et al, 2005).



5.2.1 Mulige direkte helseskader av nanopartikler

En viktig kilde til direkte skade på mennesker eller andre organismer, er situasjoner der det kan oppstå direkte kontakt og vekselvirkning med nanomaterialene på cellenivå. Eksponeringen fra nanomaterialer kan skje ved inhalasjon, inntak eller absorpsjon via huden (Natvig et al, 2005, sitat fra Nanoforum, 2004). Inhalasjon er den dominerende eksponeringsmåten for nanopartikler i luft. For mennesket kan bruk av nanopartikler i kosmetikk føre til hudabsorpsjon, mens andre direkteinntak kan skje dersom nanopartikler i fremtiden inkluderes i mat og drikke. Andre organsimer, som bakterier, kan ta inn nanopartikler gjennom sine cellemembraner. Dette er en alternativ vei inn i den biologiske næringskjeden (Natvig et al, 2005, sitat fra Royal soc., 2004). En kombinasjon av overflateareal, stor ionebytterevne og sterke overflatespenninger gjør nanopartikler svært reaktive. Økt reaktivitet gjør at komponenter som er ufarlige (på makro- eller mikronivå) igangsetter intense kjemiske reaksjoner (på nanonivå) og mulig biologisk skade. Et eksempel er gull, som i utgangspunktet er et inert materiale. Nanopartikler av gull har imidlertid vist seg å være kjemisk reaktive, med muligheter for å forstyrre biologiske prosesser (Natvig et al, 2005, sitat fra Nanoforum, 2004). Ikke bare de fysiske partikkelegenskapene kan endres på nanonivå. Også partiklenes mobilitet kan forandres. Til forskjell fra mikropartikler, har partikler av nanostørrelse tilnærmet åpen adgang til den menneskelige kropp. Flere dyrestudier har demonstrert in vivo-mobilitet av nanopartikler (sitat fra Nanoforum, 2004). Hvorvidt tilsvarende effekter finnes hos mennesker, er uavklart. Men det faktum at nanopartikler er av samme størrelsesorden som celler og større proteiner har ført til spekulasjoner om de kan invadere celler og påvirke viktige cellefunksjoner (Natvig et al, 2005, sitat fra Royal Soc., 2004). Mens hudabsorpsjon fremdeles er omdiskutert, er opptak av nanopartikler i blodet gjennom lungeinhalasjon tilnærmet sikkert (sitat fra Nanoforum, 2004). In vivo-forsøk med dyr støtter dessuten antakelsen om at det er en generell effekt knyttet til den totale overflaten av partikler inhalert. Studier av luftforurensning fra små partikler indikerer dessuten at celler og organer kan demonstrere gifteffekter dersom de er eksponert for selv ikke-giftige substanser i tilstrekkelig dose på nanonivå. Fine partikler er mer giftige enn større enheter av samme stoff, vekt for vekt. Dyrestudier antyder dessuten muligheten for en viss grad av akkumulering av nanopartikler i kroppen (Natvig et al, 2005, sitat fra Royal Soc., 2004). Foreløpige studier viser at nanopartikler er funnet i lunger, lever, blod og hjerne etter inhalasjon eller injeksjon i dyr (mus, rotter eller fisk) (sitat fra Lapique, 2004). Andre studier konkluderer med en sammenheng mellom fabrikkerte nanopartikler og et spekter av helseeffekter, herunder økt astma, hjertesykdommer, kronisk bronkitt, og selv prematur død. Noen publiserte studier antyder at visse nanomaterialer som inneholder nanorør av karbon kan være giftige (sitat fra Nanoforum, 2004). Gitt erfaringen med asbest, har det blitt anbefalt at nanorør må underlegges spesiell toksikologisk oppmerksomhet (Natvig et al, 2005, sitat fra Royal Soc., 2004). At mekanismene utviklet for å beskytte kroppen mot mikropartikler også vil virke mot nanopartikler (sitat fra Royal Soc., 2004) kan bidra til å redusere helserisikoen. Men funnene til immunologen Silvana Fiorito ved University of Montpellier i Frankrike antyder det motsatte. Under studier knyttet til innånding av nanofibre fant forskeren at når karbonpartikler på mikronivå ble introdusert, produserte de enkelte celler nitrogenoksid. Kroppens



immunforsvar responderte med andre ord mot en innvandrende, fremmed substans. Men for karbonpartikler av nanostørrelse (i form av nanorør eller fullerene) responderte ikke cellene tilsvarende (Natvig et al, 2005, Gorman, 2002). Og selv om vannløselige nanorør ikke skulle vise seg å være akutt giftige, forblir de lenge i kroppen. Dette kan innebære kronisk giftighet (sitat fra Yamango et al, 1995). Men samtidig tenderer nanorør å vikle seg sammen og representerer dermed sannsynligvis en mindre helserisiko enn enkelt fibre (sitat fra Nanoforum, 2004). Nanorørenes raske spredning til ulike kroppsorganer antyder også positive muligheter for medisinering og dosering gjennom membraner (Natvig et al, 2005, sitat fra Yamango et al, 1995). Forskning på mennesker er fremdeles på et svært preliminært stadium, men de første dataene er i ferd med å publiseres. Også dyrestudier begynner å gi svar på forskningsspørsmål, men ekstrapolering av funn fra dyreforsøk til mennesker er ikke problemfritt. Det er variasjoner mellom eksperimenter og ulike dyremodeller. På den ene siden synes eksempelvis rotter å være mer sensitive over eksponering enn nanopartikler. Men på den annen side synes også dyrenes immunforsvar bedre å kunne takle slike eksponeringer. Dyreforsøk eller dyremodeller synes med andre ord ikke tilstrekkelig for å bestemme risiko knyttet til nanopartikler i mennesker (Natvig et al, 2005, sitat fra Nanoforum, 2004). I sum kjenner ingen i dag de virkelige konsekvensene av nanopartikler for den menneskelige helse (sitat fra Nanoforum, 2004). Kompletterende studier må fortsette for å belyse virkelige helseeffekter. Men den samlede effekt på helse og helserisiko fra nanoteknologi, og kanskje fremfor alt de konvergerende nano-, bio- og infovitenskapene vil være nær umulig å kvantifisere (Natvig et al, 2005).

5.2.2 Mulige skadevirkninger av nanopartikler på miljøet og næringskjeden

Nanopartikler finnes naturlig, men blir i økende grad fabrikkert for industriell eller medisinsk bruk. Gitt den, til nå, relativt beskjedne produksjonen av nanopartikler, er manglende informasjon om deres helse- og miljømessige effekter kanskje ikke så overraskende. Per i dag er det uvisst hvorvidt og i hvilken grad partiklene er giftige, både på kort og lang sikt, men enhver bruk av fabrikkerte nanopartikler kan representere en potensiell eksponeringsskilde. Sammen med andre kjemiske stoffer kan nanopartikler nå mennesker og andre organismer via en rekke veier. Figur 8 gir et bilde av kompleksiteten. (Natvig et al, 2005).



Figur 8: Noen mulige eksponeringsveier for nanopartikler og nanorør, basert på eksisterende og fremtidig bruk (Royal Soc., 2004).

Avhengig av produksjonsform, produkter og bruk kan nanopartiklene frigjøres til omgivelsene og forurense jordsmonn, luft og vann. Restprodukter i forbindelse med medisinsk eller kosmetisk bruk vil skilles ut til miljøet. Alle nanoprodukter som lages må dessuten, før eller siden, enten resirkuleres eller deponeres. Nanoelementene kan vise seg å være biologisk ikke-nedbrytbare forurensinger, og hele økosystemet kan etter hvert eksponeres for fabrikkerte nanopartikler (Natvig et al, 2005, sitat fra Nanoforum, 2004). Potensielle miljørisikoer av nanoteknologier er særlig knyttet til de ørsmå partiklene som utvikles og deres store spesifikke overflateareal og reaktivitet (sitat fra Nanoforum, 2004). Dette kan gjøre transport til omgivelsene lettere. På grunn av partiklenes store potensiale for spredning, mobilitet og reaktivitet, kan effektene på omgivelsene bli betydelige. Selv om partiklene i seg selv ikke er farlige, kan de reagere med andre skadelige stoffer. Men partiklenes store reaktivitet betyr også at disse raskt vil bindes opp, og dermed altså sannsynligvis utgjøre en mindre helserisiko enn frie partikler (Natvig et al, 2005). I miljøet kan den største eksponeringskilden muligens være tiltak hvor nanopartikler benyttes direkte i forebyggende eller rensende prosesser i jordsmonnet. Her kan partiklene lett skilles ut og bringes videre i økosystemet. Å slippe frie nanopartikler direkte ut i økosystemet, er blitt foreslått forbudt inntil mer kunnskap foreligger (Natvig et al, 2005, sitat fra Royal Soc., 2004). Men som for mulige helseeffekter er kunnskapen om hvordan nanopartikler oppfører seg i miljøet begrenset. Forskjellene i nanopartiklenes størrelse, form, overflateareal, kjemiske sammensetninger og biopersistens krever at miljømessige aspekter av nanomaterialer blir vurdert for hver enkelt nanomateriale. Langtidseffektene av slike substanser og deres oppførsel i næringskjeder kan derfor være ekstremt vanskelig å bedømme (Natvig et al, 2005, sitat fra Nanoforum, 2004).



5.2.3 Problemer knyttet spesifikt til emballasjematerialer

Det finnes en rekke problemer knyttet spesifikt til emballasje og disse kan være: • Migrasjon av partikler fra emballasje til produkt? • Større problemer med materialgjenvinning på grunn av innhold av nanomaterialer som

kan påvirke miljøet. På den annen side kan man få mindre problemer med materialgjenvinning fordi partiklene er så små, og partiklene vil ikke ødelegge materialstrukturen i bulkmaterialet.

• Problemer knyttet direkte til produksjon og pakking av næringsmidler som en følge av forurensing av næringsmidler: raskere produksjonslinjer, økt mekanisering, redusert arbeidskraft, færre inspeksjoner, større avstander mellom næringsmiddelprodusenter, forhandlere og forbrukere.

• Hvem vil betale for utvikling og bruk av nanoteknologi i emballasjefremstilling og vil utviklingsland kunne ta i bruk nanomaterialer i emballasjeproduksjon for å forbedre økonomi, matfordeling osv.?

• Kostnader ved produksjon av nanoteknologisk emballasje kontra emballasje uten bruk av nanoteknologi

5.3 Mulige gevinster for miljø og ressurseffektivitet ved bruk av nanomaterialer Selv om forskerne studerer hvordan nanomaterialer kan bevege seg gjennom og reagere med/påvirke miljøet og kroppen, prøver de samtidig å identifisere de mest miljøvennlige fremstillingsmetodene for nanomaterialer (Gorman, 2002). Nanomaterialer kan bidra til positive elementer knyttet opp til indirekte effekter som:

• Reduksjon av materialbruk i emballasje, og dermed redusere energi/utslipp ved produksjon

• Forbedring av materialenes egenskaper slik at forbrukernes krav og ønsker imøtekommes, dette kan være lukt, smak, forringelse osv.

• Endringer i materialenes vekt og tykkelse, og dermed redusere både transporterings- og produksjonskostnader i alle ledd i verdikjeden

• Forbedre sortering og gjenvinning av materialer og dermed spare miljøet for utslipp ved primærproduksjon

• Redusert bruk av jomfruelige råvarer Mye tyder fortsatt på at gevinster ved bruk av nanomaterialer i emballasje vil ha en fremtid (Moore, 2004).

5.4 Nanoforskning må være tverrfaglig Arbeidsgruppen peker i rapporten Nanoteknologier og nye materialer: Helse, miljø, etikk og samfunn særlig på behov for å:

• øke bredden i den nasjonale nanoteknologi forskningen med integrerte analyser av etiske, rettslige og samfunnsmessige sider knyttet til teknologiutviklingen, samt studier av mulige helse- og miljøeffekter

• legge til rette for tverrfaglighet, åpenhet og nye arenaer for offentlig og faglig dialog, nasjonalt og internasjonalt

• sikre forskningsbevilgninger for etiske, rettslige og samfunnsmessige analyser samt for studier av mulige helse- og miljøeffekter (Teknologirådet, ingen dato (a))

”Norge kan føre til et sterkt internasjonalt bidrag til nanoteknologi, ikke minst fordi norsk forskning kombinerer cutting edge teknologisk ekspertise med en genuin interesse for å



diskutere verdier”, sier sekretariatsleder Tore Tennøe i Teknologirådet (Haugsdal, G. & Salvesen, E., 2003). Tennøe sier videre at ”Forskning på nanoteknologier vil innebære store investeringer fra det offentlige og vil kunne få store konsekvenser for den enkelte. Borgere og interessenter bør få tilgang til informasjon om utviklingen og mulighet til å diskutere og uttale seg”, (Teknologirådet, ingen dato (a)). ”

5.5 Øremerking av midler Forutsetninger for en god samfunnsdialog om nanoteknologi er for det første at vi får forskningsbasert kunnskap om ulike aspekter ved teknologien. For det andre må denne kunnskapen spres, og for det tredje må det finnes gode arenaer for debatt. Det er derfor fornuftig å følge internasjonal praksis for forskningen på det menneskelige genomet, nemlig at 3-5 % av forskningsmidlene øremerkes til å finne ut mer om konsekvensene for samfunn, helse, miljø og etiske forhold (Teknologirådet, ingen dato (a)). ”Dialogen mellom vitenskapelige miljøer og befolkningen generelt må unngå tidligere fallgruver, som eksempelvis den polariserte debatten om genmodifiserte organismer. Her kan unyansert informasjon, ufullstendige risikostudier og manglende dialog ha medvirket til mistillit og høy grad av allmenn avvisning. Det bør legges til rette for at befolkningen selv kan vurdere risikoer og gjøre egne valg”, sier Tennøe (Teknologirådet, ingen dato (a)).

5.6 Etikere sakker akterut i forhold til forskningen Etikere ved University of Toronto advarer mot gapet som eksisterer mellom vitenskapen og etikken. Mens det stadig bevilges mer penger til forskning innen nanoteknologi, finnes det knapt vitenskapelige artikler som ser på de samfunns- og miljømessige konsekvensene av teknologien. Det er på høy tid med en offentlig debatt om teknologien, hevder de (Skavlid, 2003). I en artikkel publisert (sitat fra Mnysiwalla et al, 2003) i det britiske tidsskriftet Nanotechnology i februar 2003, advarer forskergruppen mot at etikken blir hengende etter den vitenskapelige utviklingen. De har blant annet sett på antall publiserte artikler innen nanoteknologi fra 1985 til 2001. Mens generelle vitenskapelige artikler om teknologien øker betydelig ved slutten av nittitallet, finnes ingen publiseringer som ser på samfunns- og miljømessige konsekvenser. Samtidig økte investeringene innen nanoteknologi i USA fra 432 millioner dollar i 1997 til 604 i 2002. Tilsvarende tall i Japan var 120 millioner dollar i 1997 til 750 i 2002 (Skavlid, 2003). Etikerne skriver at vi må ta lærdom av bioteknologidebatten og ikke la etikken bli hengende etter. ”Vitenskapen gjør hele tiden fremskritt, men etikken gjør ikke det. Dette er det liten offentlig interesse for”, sier Peter A. Singer, direktør ved University of Torontos Joint Center for Bioethics i en kommentar til BBC News Online. ”Gå inn i en britisk pub og si «nanoteknologi» og ingen vil vite hva du snakker om. Det første steget som må tas, er å skape en informert offentlig debatt, slik at vi kan optimere fordelene og minimalisere ulempene”, sier han (Skavlid, 2003).

5.6.1 Etiske utfordringer I artikkelen i Nanotechnology peker han og hans medforfattere på fire områder som kan peke seg ut som etisk problematiske i forhold til nanoteknologi. For det første gjelder dette spørsmål om likhet. De stiller spørsmålet: ”Hvem er det som vil tjene på utviklingen av nanoteknologi?”. Selv om høyteknologiske produkter kan synes veldig dyre og dermed uaktuelle for utviklingsland, kan det vise seg at det nettopp er disse landene som kunne ha



best nytte. Siden de ikke har penger, er det fare for at utviklingslandene ikke vil dra fordelene av forskningen innen nanoteknologi, på samme måte som de er havnet på den andre siden av det digitale skillet etter IT-revolusjonen og utviklingen innen genteknologi (Skavlid, 2003). Det andre området som forfatterne peker ut som etisk problematisk, er knyttet til personvern og sikkerhet. Nanoteknologi vil muligens kunne produsere usynlige kamera, mikrofoner og sporingssensorer. Hva vil skje med personvernet når slike ting blir billig og lett tilgjengelig? Forskerne setter også spørsmålstegn ved utvikling av nye typer våpen innen militærforskning, og om hvem som skal kontrollere dette (Skavlid, 2003). Det tredje området som peker seg ut som en risiko, er i forhold til miljøet. Hva vil skje når helt nye og ukjente materiale slippes løs i naturen? Hvilke effekter kan dette ha når mikroskopiske konstruksjoner introduseres i naturen? Dette er problemstillinger vi kjenner igjen fra debatten omkring genmodifiserte planter og dyr (Skavlid, 2003). Det fjerde området som etikerne peker på er av mer metafysisk karakter. Mange har vært skeptiske til modifisering av levende organismer når det gjelder gener. Det er grunn til å anta at vi vil få en tilsvarende debatt når menneske og maskin smelter sammen (Skavlid, 2003).

EN LITTERATURSTUDIE AV NANOTEKNOLOGI OG EGNETHET FOR BRUK I EMBALLASJE Fremtidsperspektiver og anvendelser?


6. Fremtidsperspektiver og anvendelser? Fremtidsbildene for Norge i 2020 er svært ulike, avhengig av hvordan verden utvikler seg de neste 15 årene. Norges forskningsråd jobber med å legge strategien for hvor forskningsmidlene brukes best. Da er det lite nyttig å bare fremskrive dagens trender. Forskningsrådet har tatt i bruk scenariomodeller for å løfte seg ut av dagens situasjon. Gjennom flere samlinger har forskere, industrifolk og embetsverk det siste året tegnet scenarier innen bioteknologi, energi, havbruk, IKT og avanserte materialer (Olsen, 2005).

6.1 Avanserte materialer Norge 2020 Nanoteknologi utgjør en viktig del av fremtidsprosjektet ”Avanserte materialer Norge 2020” der mer enn 70 personer fra forskningsmiljøer, industrien og forvaltningen har deltatt. ”Visjonen er at Norge skal være en innovativ produsent av materialer i 2020, og at vi skal ha forskningsmiljøer som ligger helt i fronten internasjonalt på utvalgte områder”, sier prosjektleder Astrid B. Brenna i Forskningsrådet (Olsen, 2005). Fire scenarioer er trukket opp av prosjektgruppen i fremtidsprosjektet (Olsen, 2005).

6.1.1 Tradisjon gir resultater

Norge er et velstandssamfunn som fortsatt er basert på olje- og gassproduksjon. Materialer er en viktig del av den landbaserte verdiskapningen. Fra 2007 valgte Norge å satse mer av forskningsmidlene på innovasjon i tradisjonell industri. Samspillet mellom materialprodusenter og produktutviklere ble stimulert. I kjølvannet av dette vokste det frem ledende norske FoU- og kompetansemiljøer. Disse miljøene står spesielt sterkt innen materialer rettet mot tradisjonell industri, havbruk og olje- og gassnæringen. Industrien står for avansert produksjon og foredling av tradisjonelle materialer som aluminium, magnesium, silisium, tre, plast- og komposittmaterialer og komplette løsninger basert på disse. Det var riktig å satse der vi var gode fra før! (Olsen, 2005).

6.1.2 Innovated in Norway

Nye materialer har skapt et nytt og innovativt næringsliv som en følge av en vellykket nasjonal satsing på nanoteknologi og nye materialer. Industrien domineres av bedrifter som lager nye produkter med god funksjonalitet, etterspurt design, lang levetid og høy gjenbruksverdi. Norge betjener et stort marked for avanserte sensorer for kjøretøy og veier. Membraner til brenselsceller er en stor eksportartikkel. Smarte sensorer gjør at vi får mye mer ut av olje- og gassressursene. ”Lab-on-a-chip” plassert i menneskekroppen gir varsel om kreft, hjerteinfarkt og diabetes. Det norske særpreget med sterk individualisme og stor kjøpekraft gjør Norge til et innovatørmarked for nasjonale bedrifter. Vi kan hvis vi vil! (Olsen, 2005).

6.1.3 Fra vugge til vugge

Tiltagende global knapphet på energi og materialer tvang fra 2010 frem en omstilling av den kraftkrevende industri og landbruket i Norge. Disse sektorene gikk sammen om å utnytte ulike avfallsstoffer i såkalte ”grønne lunger”, hvor blant annet CO2 utnyttes til fremstilling av plantenæring. De norske forbrukerne utviklet seg gradvis til krevende kunder med vekt på ”øko-design” og gjenbruk av materialer til kvalitetsprodukter. Dette er blitt et springbrett for norske innovative bedrifter og designere, som lykkes både med produkter og kompetanse i det internasjonale markedet. Norge har nå en lederrolle i merking og sporing av materialer i det globale materialkretsløp. Miljø lønner seg! (Olsen, 2005).



6.1.4 Alt går sin skjeve gang

Stortinget greide aldri å nå målet om at Norge skulle satse like mye på FoU som gjennomsnittet i OECD-landene. Andelen av forskningsmidlene som gikk til naturvitenskapelig, teknologisk og næringsrettet forskning fortsatte å synke til tross for de klare advarslene som kom rundt 2005. Den norske satsningen på material- og nanoteknologi forble likeledes blant de laveste i OECD-landene. Tradisjonell industri er nå i stor grad flyttet ut av landet pga dårlige rammevilkår for næringsvirksomhet og konkurranse fra Kina og India. Norge har fortsatt betydelige inntekter fra gassvirksomhet, fiske, havbruk og maritim sektor, men levestandardene ligger godt under de rikeste OECD-landene. Vi grep ikke muligheten da vi hadde den! (Olsen, 2005).

6.1.5 Overalt

I følge Olsen, 2005 vil materialer gripe inn overalt og dukke opp også i andre scenarier: Energi: miljøvennlig energi er blitt en norsk eksportartikkel. Bilene i de store byene kjører på hydrogen og elkraft fra batterier. IKT: Sensorer og integrerte mikrosystemer går inn i nesten alle artikler, fra industri til pasientovervåkning og medisinering. Bygg og anlegg: nye materialer for tre, betong, asfalt, stål, aluminium, polymerer og fiberkompositter. Olje og gass: Vedlikeholdsfrie anlegg der de mest kritiske komponentene baseres på innebygget egenovervåkning og selvreparerende egenskaper.

6.1.6 Hvor går grensen?

Etikk er ikke glemt i fremtidsprosjektet. Forskningsrådet ønsker å være føre var og har fått utarbeidet en vurdering sammen med Den nasjonale forskningsetiske komiteen for naturvitenskap og Teknologirådet. Resultatet er rapporten ”Nanoteknologier og nye materialer: Helse, miljø, etikk og samfunn – Nasjonale forsknings- og kompetansebehov” som nylig ble offentliggjort (Olsen, 2005). Leder av arbeidsgruppen, professor Bent Natvig, legger stor vekt på dialog mellom forskerne og samfunnet. ”Dialogen mellom vitenskapelig miljøer og befolkningen generelt må unngå tidligere fallgruver, som eksempelvis den polariserte debatten om genmodifiserte organismer”, sier han (Olsen, 2005).

6.2 Veier til realisering Det store potensialet for nanoteknologi har fått mange forskere og andre personer til å gå av hengslene. Samtidig finnes det de som er bekymret og redde for hva nanoteknologi vil bringe. Med hensyn til realiteten i situasjonen, befinner vi nok oss i en mellomposisjon mellom de to ekstreme ytterpunktene. Nåværende anvendelser er i hovedsak begrenset til utvikling innen veletablerte områder i anvendte vitenskaper, slik som material- og kolloidteknologi. Applikasjoner som vil kunne tas i bruk i løpet av de nærmeste årene vil ha fokus på å overkomme barrierer i den teknologiske prosessen og praktisk anvendelse, men langtidsanvendelsene er de mest vanskelige å forutsi, og vil derfor ha størst fokus (Moore, 2004). Det viktigste for å bestemme om nanoteknologi er en mulighet eller trussel er å skille mellom langtids, mer ekstreme ideer, og de som kan og blir realiteter i løpet av kort tid. Det er for eksempel stor forskjell på molekylær sammenslåing og bruk av nanoleire partikler i



plastindustrien. Feil skille mellom det som er tilgjengelig nå og det som er teoretisk mulig har vært grunn til stor misnøye om nanoteknologi (Moore, 2004). Trusler, fiktive eller ikke, innen nanoteknologi må tas hånd om effektivt. Faren for at slike bekymringer forblir ubesvarte fører til økt skepsis blant befolkningen og kan bety slutten for noen typer nanobasert forskning. Dette scenarioet kan sette forskningen tilbake, i tillegg til at tid og muligheter for nyttige teknologier kan utvikles. I denne sammenhengen har britiske myndigheter satt sammen en studiegruppe som skal undersøke implikasjoner av nanoteknologi (Moore, 2004).

6.2.1 Tidsskala

Nanoteknologiske anvendelser er i ulike stadier av utviklingen. De første bedriftene som selger karbonnanorør og fullerene bygges for tiden i Japan. NEC Corporation i Japan har annonsert at de skal utvikle en brenselscelle bygd rundt nanorør som elektroder og Samsung i Korea har vist frem en prototyp av et flatt elektronisk panel som benytter nanorør som ”field emission”-utstyr (Moore, 2004). Stadig flere verktøy og teknikker vil bli tilgjengelige. ”Top-down” teknikker vil føre til ytterligere forbedringer, og ”bottom-up” self-assembly prosessen vil bli tilgjengelig. Produkter som allerede benytter seg av nanoteknologi er:

• Harddisk utstyr basert på gigantisk magnetmotstand i nanostrukturerte magnetiske multilag som vil dominere markedet

• Solkrem basert på nanopartikler som absorberer lys • Lasere, modulatorer og forsterkere for bruk i telekommunikasjon • Data enheter • Nanokompositt materialer som brukes i den amerikanske bilindustrien og i noen typer

plast emballasjer (Moore, 2004) Produkter som snart vil komme på markedet:

• Bedre fotovolt teknikker for resirkulerbare energisystemer • Elektroniske display teknikker • Glass med skraperesistent coating • Hardere, lettere og sterkere materialer • ”Laboratory-on-a-chip” diagnostikk utstyr • Kvantestrukturer til elektronisk utstyr • Selvrensende overflater • Avansert fotonisk utstyr i telekommunikasjon (Moore, 2004)

Produkter som kan være på markedet i løpet av neste tiår:

• Målretter medikament overføring – lavere dosering og reduserte bieffekter • Antikorrosjons coating • Polymer elektronikk • Flatpanel elektronikk displayer • Lengre levedyktige medisinske implanter og kunstige organer • Retinale implanter • Medisinske sensorer for å overvåke pasienter slik at de kan behandles hjemme

(Moore, 2004)



Det er klart ut fra disse eksemplene at det er store muligheter for nanoteknologi og at de så vidt begynner å bli realisert. For å forutsi når nanoteknologiske anvendelser vil komme på markedet er det viktig å definere tidsdimensjoner. Technologies Futures Inc. har foreslått hvordan framtiden for nanoteknologi vil se ut de neste fem til åtte årene, se tabell 5 og 6 (Moore, 2004). Tabell 5: Tidslinje for kommersiell realisering (Pira International Ltd.).

Modest commercial opportunity Short term (<3 years)

Medium term (3-5 years)

Long term (>5 years)

Instrumentation/tools/computer simulation

Instrumentation/tools Instrumentation/tools

Nanomaterials (metal and ceramic

nanopowders, fullerenes and carbon nanotubes)





Important commercial opportunity Short term (<3 years)



Life sciences (diagnostics) Life sciences (diagnostics, screening and tagging

technologies) Electronics/information

technologies/optical devices “Smart” Nanomaterials

Computer simulation Large commercial opportunity

Short term (<3 years)



Life sciences (drug delivery) Life sciences (drug delivery, drug design and development)

Electronics/information technologies (data storage,

microprocessors)

Electronics/information technologies/optical (data storage, memory, optical devices, molecular and quantum computing)

Nanoelectromechanical systems (NEMS)



Tabell 6: Mulig tidslinje for utvikling (Pira International Ltd.).

Now 2010 2020 2030 2040 2050Specialty chemicals Medical applications Composite and smart materials Molecular electronics Other applications Instrumentation and tools Ongoing basic research

6.2.2 Kraftig nanopåvirkning

EU ser på nanoteknologi som en av nøkkelteknologiene i det 21. århundre og utga i mai 2004 notatet "Towards an European Strategy for Nanotechnology". For å få innspill til notatet og ideer til sin nanostrategi gjennomførte EU høsten 2004 en online spørreundersøkelse på www.nanoforum.org. 90 prosent av 720 spurte europeere, tror at nanoteknologi om ti år vil ha svært stor betydning for europeisk industri, mens 80 prosent tror nanoteknologi vil ha svært stor betydning for europeiske innbyggere om ti år (EurActiv, 2005). Undersøkelsen avslører følgende allmenn holdning:

• Nanoteknologi vil ha sterk påvirkning på europeisk industri og dens innbyggere om ti år.

• Man antar at USA er ledende, mens Europa henger etter i både nanovitenskap og overføring av nanoteknologi til industrien.

• Nanoteknologi ser ut til å ha størst betydning for kjemi og materialer, informasjons- og kommunikasjonsteknologi og helsevesenet.

• Sterk støtte trengs for en betydelig økning i forskningsstøtte til nanoteknologi via rammeverksprogrammet.

• Støtte til stiftelse av europeisk infrastruktur i feltet og et antall forslag med vekt på behov for tverrfaglighets infrastrukturer.

• Mangel på forskningspersonell i løpet av 5-10 år og det er et behov for tverrfaglige kunnskaper.

• Helse, sikkerhet og miljøutfordringer bør integreres tidlig i forskningen. • Den samfunnsmessige betydningen av nanoteknologi bør tas tidlig i betraktning, og

det er økt behov for mer og bedre kommunikasjon. • Internasjonal ”kode for god oppførsel” bør ønskes velkommen (EurActiv, 2005).



Betydningen for de enkelte sektorene fordeler seg som i tabell 7.

Tabell 7: Prosent foredling av betydning for ulike sektorer (www.nanoforum.org).

Sektor Prosent fordeling

Kjemi og materialer 94 %

Bioteknologi 88 %

IKT 79 %

Helse 77 %

Sikkerhet/Forsvar 58 %

For andre områder som energi, miljø og forbrukerprodukter er effekten ventet å bli mindre.

De aller fleste ønsket naturlig nok en kraftig vekst i forskningsbudsjettene til nanoteknologi (79 % av de som svarte at de ønsket en betydelig økning i støtte fra EU til nanoteknologisk forskning, mens 25 % ønsket en dobling eller mer), men var splittet i synet på vektleggingen av anvendt versus grunnforskning ut fra eget ståsted (Cordis, 2004).

6.3 Anvendelser og forskningsprosjekter innen nanoteknologi Det finnes litteratur på en rekke nanoteknologiske forskningsprosjekter. Denne delen av rapporten beskriver et utdrag av de mest aktuelle:

6.3.1 Nanoteknologi kan bli en nøkkelfaktor til Huhtamaki’s perfekte emballasje

Huhtamaki anvender nanoteknologi for å utvikle en ”perfekt” høy-barriere emballasje til bruk i næringsmidler. Det finske emballeringsselskapet har sett på bruk av nanomaterialer for å lage en rigid tynnvegget plastemballasje med barriereegenskaper som kan matche eller bli bedre enn etylenvinylalkohol (EVOH), som anses som den beste pr i dag. Huhtamaki ønsker et materiale som har utmerkede barriereegenskaper mot oksygen, selv ved fuktige omgivelser. EVOHs nivå for oksygenbarriere faller som et resultat av fuktige omgivelser, og derfor må materialet integreres med en oksygen scavenger for noen typer næringsmidler. Forskningsgruppen ved Huhtamaki tror at forbedret polyamid (PA) med nanokompositter vil være en utfordrer til EVOH i fremtiden. ”Vi tror det er en fremtid for nanomaterialer i emballasje, men først må vi (Huhtamaki) og leverandører av nanomaterialer overkomme visse problemer” sier forskningsdirektør Rolig ved Huhtamaki. Problemene inkluderer blant annet nanomaterialenes høye pris. Selv for kommersielle volumer av nanomaterialer vil prisen være mellom 6-10 euro per kg. Andre problemer omfatter de dårlige prosesserbarhetene til materialene, spesielt PET og PLA, effekten som nanomaterialer har på transparenthet og mangelen på at både EU og Food and Drug Administration (FDA) har ikke godkjent dirkekte kontakt mellom nanomaterialer og næringsmidler.



Rolig forutser at man kan ha muligheter til å forbedre varmemotstanden og varmestabiliteten til polymerene, som for eksempel aseptisk polyetylentereftalat (APET) og PLA, samt å forbedre de mekaniske egenskapene til polymeren. Forskning som er blitt utført ved Huhtamaki viser at ved å anvende nanokompositter til andre polymerer som PP (polypropylen) økes ikke barriereegenskapene for å matche EVOH eller andre høy-barriere plaster (Pira International, 19.06.2005).

6.3.2 Britisk firma har nanosølv i emballasje for å bevare mat

Det britiske firmaet JR Nanotech har utviklet et emballasjemateriale som inkorporerer nanosølv for å bevare lettbedervelig mat og produkter. Firmaet er i sluttfasen med å lage en prototyp for emballasje og en spray. De har samarbeidet med et koreansk firma for å utvikle nanosølv i plastprodukter. Robert Kwan, ansvarlig direktør hos JR Nanotech sier: ”Ideelt vil vi gjerne gi lisens til en forhandler, distributør eller grossist for å få vår prototyp på markedet”. Nanosølv dispergeres homogent i ulike polymerer. Det kan sprayes på overflater som næringsmidler kommer i kontakt med, for eksempel fjøler, skjærebrett osv. JR Nanotech arbeider samtidig med å få i stand en avtale med næringsmiddelindustrien i USA, Canada og Europa. Kwan sier at kostnadene med nanosølv er kun marginer dyrere enn vanlige produkter. ”Nanosølv er ikke utelukkende dyre, for øyeblikket er prisen 30 % mer enn vanlig, og den synker”. Et av hovedproblemene som forskerne møter med bruk av nanosølv er helsereguleringer for næringsmidler når det kommer i kontakt med stoffet. EU må ha tilfredsstillende krav til migrasjon av additiver i plastemballasje brukt til næringsmidler, i tilfelle det påvirker næringsmiddelets kvalitet eller dekker over mulig bedervelse av maten. ”Som vi vet av våre tester, vil ikke nanosølv migrere. Sølv finnes naturlig i omgivelsene i små mengder” sier Kwan. Han sier videre at firmaer som benytter nanomaterialer som nanosølv ikke offentliggjør det faktum. ”Det er fortsatt grad av uvitenhet i markedet hos kunder som ikke vet om nanomaterialer vil føre til mer skade enn nytte” avslutter han (Pira International, 24.06.2005).

6.3.3 Nanokompositt orientering ved et tastetrykk

Oppfinneren av en polymer blandemaskin ”Smart Blender” har avslør at den kan kontrolleres ved å orientere og tilføre nanoleirepartikler kun ved et tastetrykk. Professor Zumbrunnen ved Clemson University, USA, sier at det har vært en fenomenal interesse fra emballasjeindustrien i Europa, USA og Storbritannia. Noen har allerede kjøpt lisens for produktet, mens andre vurderer det. Man forventer at maskinen skal bli kommersiell i ved utgangen av 2005 og at den vil prismessig konkurrere med nåværende blandemaskiner. Fordelen med ”Smart Blender” er at den folder i stedet for å blande inn ikke-blandbare polymerer gjennom en kontrollert og repetert ”strekk- og foldemekansime” på mikro- og nanonivå, ved å innstille kaotisk adveksjon i smelten. Maskinen ble opprinnelig markedsført som en løsning for kostnadsproblemer. Men nylige forsøk utført av Zumbrunnen avslører at den kan være i stand til å kontrollere orienteringen og plasseringen av nanoleirepartikler i polymerblandinger.



Zumbrunnen sier at de har plassert den store overflaten til platene på en slik måte at de danner en barriere mot vann og gassmolekyler i fullstendig orienterte filmer bestående av nanokompositt polyamid (PA) og polypropylen (PP). Barriereeffekten mot oksygen og fuktighet blir for tiden testet og dokumentert. Zumbrunnen sier at de foreløpige resultatene ser lovende ut og han sier at ”det er signifikant siden nanoplater kan orienteres kontrollert og bli selektivt plassert i polymermatriksen for å forbedre egenskaper”. I forsøket som snart skal publiseres sier forskerne at de har klart å lage multilags filmer bestående av nanokompositt og rette polymerlag (Pira International, 16.05.2005).

6.3.4 Cyclic anvender nanokompositt i polymerer

Drikkeflasker bestående av nanokompositter kan være på markedet mot utgangen av 2005 dersom EU og FDA godkjenner Cyclic’s nye polybutylentereftalat polymer (PBT). Det amerikanske selskapet forventer godkjenning i september i år og sier at flere forhandlere av drikkeflasker er interessert i å benytte polymeren for ugjennomsiktige plastflasker fordi de medfører høy barriere mot løsninger og gasspenetrering og er passende for nesten hvilken som helst fremstillingssmetode, unntatt blåsesmelting. Plasten er ikke gjennomsiktig, men er offwhite. Den lave viskositeten fører til jevn fordeling av fargen og andre additiver i smelten. Cyclic’s talsmann, Tim Ullman, sier: ”Vi er i kontakt med et firma som ser på muligheten med å lage fargede drikkeflasker til det amerikanske og europeiske markedet. CBT (Bayer) er en lav molekylvekt sykliske oligomer av PBT”. Cyclic selger produktet inneholdende en katalysator som gjør at CBT polymeriseres til PBT med høyere molekylvekt under prosessen. Kjernen til Cyclic’s teknologi er den meget lave smelteviskositeten til smeltet CBT, som gjør at kunden får PBTs egenskaper inn i produkter som de ikke kunne fått tidligere. Den lave smelteviskositeten, som er lik den til vann, tillater jevn fordeling av nanoleirepartikler gjennom hele polymeren. Cyclic sier at når nanopartiklene er dispergert forblir de jevnt fordelt etter at polymeren stivner (Pira International, 19.04.2005).

6.3.5 Biodegraderbare nanokompositter kan erstatte EVOH

Svenske forskere prøver å erstatte etylen vinylalkohol (EVOH) med en høy-barriere, nanokompositt lagd av hvete, myse og korn. Professor dr Mikael Hedenqvist ved Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) sier at det tar minst tre år til før produktet kan kommersialiseres, men at de er i god fremgang. I følge Hedenqvist er gluten fra hvete meget sterkt. Det er det lengste molekylet i verden, og gjør at brød kan heves tre til fire ganger sin egen størrelse. Mer viktig er at hvete er godt tilgjengelig og billig (mindre enn 0,38 euro pr kilo). Ved å tilsette nanopartikler til polymeren vil barriereegenskapene og vannmotstanden forbedres. Addisjon av en plastisiser fra sukker øker strekkbarheten og fleksibiliteten. Hedenqvist sier: ”Gluten med 30 % plastisiser er fire ganger mer permeabel enn EVOH. Det utføres nå arbeid for å redusere mengde plastisiser for å komme på samme nivå, og under EVOH. Stadig fremgang skjer, men det er fortsatt noen år igjen til fullstendig realisering. Det neste trinnet er å oppnå et optimalt plastisiserinnhold med hensyn til strekkbarhet og barriereegenskaper. I et pågående prosjekt utvikler man høy-barriere emballasje med gluten fra hvete som et midtre lag for å erstatte EVOH” (Pira International, 15.03.2005).



6.3.6 Nanoleire booster biodegraderbare emballasjestyrke

Et samarbeid mellom industri og universitet ser på hvordan man kan forbedre barriereegenskaper og styrke til hvetebasert biodegraderbar emballasje ved bruk av nanoleire. Prosjektet kombinerer ekspertisen som IFR (Institute of Food Research) har på stivelsesbaserte polymerer og kjemi, med den ekspertisen Brunell University har på nanoleireforbedrede syntetiske polymerer. Pågående arbeid har fokus på initiell materialproduksjon og utvikling av materialer for å lage polymerer som er sterke, gjennomsiktige, aldringsmotstandige, mikrobielt stabile og degraderbare for emballeringsmateriale ved bruk av ekstrusjon og termoformbare prosesser. Dr Jim Song ved Brunell University sier at forskningen med dispergering av nanopartikler vil starte om et års tid. Målet er å benytte nanoleire til å øke stivhet, styrke, fukt- og gassmotstand. Forskere ved Brunell og IFR i Storbritannia har samarbeidet med emballasjebedriftene Pactiv UK, Northern Foods, Marks and Spencer og Heygates i seks måneder for å utvikle termoformbare biodegraderbare materialer til bruk i anvendelser av næringsmiddelemballasje. ”Vi undersøker om addisjon av nanoleire vil øke styrke, barriereegenskaper og ideelt forbedre optiske egenskaper som gjennomsiktighet, som er viktige krav til emballering” (Pira International, 10.02.2005).

6.3.7 Nanohull utstyrer Dow med bedre pustbare filmer

Dow Chemical utvikler en rekke fleksible emballasjefilmer med skreddersydde, nanostore hull for å kontrollere gassgjennomstrømning. Men på grunn av kostnadene ved å utvikle og lage filmene, vil emballasjematerialet mest sannsynlig bli benyttet i spesielle høyverdi næringsmiddelemballasjer. Målet er å lage filmer som vil hindre noen gasser, slik som oksygen, i å passere gjennom og samtidig slippe andre ut, for eksempel karbondioksid. ”Dow har gjort dette i en årrekke, for eksempel har vi pustbare filmer, men ikke i nanoskala. Men dersom man ønsker ulik gjennomstrømning må man benytte nanoskala”, sier sjefsforsker Dr Steven Chum. ”Vi gjør det ved å lage nanostore hull, hvor kun visse molekyler passer”. Hver enkelt film designes spesielt for å møte hvert produkts ulike krav. Alle typer polymerer kan brukes til å lage filmer, slik som polyester, polystyren og etylenvinylalkohol (EVOH). Chum sier at Dow bestemte seg for å fokusere på skreddersydde barrierefilmer fordi opprinnelig forskning på filmer generelt var uøkonomiske for emballering av lavverdi produkter (Pira International, 10.02.2005).

6.3.8 Nanoteknologi hjelper til i ”grønn produksjon” av emballasje

I et forskningsprosjekt ved Queen Mary University, London, har man prøvd å utvikle en ”grønnere” metode for å lage nanokompositt polymerer. Ved bruk av denne metoden kan man produsere emballasje uten bruk av løsningsmidler eller produksjon av avfall. Prosessen går ut på å blande nanopartikler homogent inn i polymeren ved bruk av superkritiske væsker som karbondioksid. Den meget kompresserte gassen kombinerer egenskapene til væsker og gasser uten bruk av løsningsmidler. Siden reaksjonen foregår ved



lavere temperatur, er prosessen mer energieffektiv, ikke-brennbar, ikke-toksisk, og den produserer ikke avfall. Tanken med prosjektet er at man kan lage spesielle polymerer for emballering, som for eksempel innkapsling av aromapartikler i polymerer for å lage plast med lukt (Pira International, 08.02.2005).

6.3.9 CIP ser på nanoteknologi for å forbedre papirpakninger

Centro Italiano Packaging (CIP) har begynt utviklingen av et papirprodukt med forbedret fleksibilitet og styrke for papirapplikasjoner. Senteret ser for seg å binde molekyler i en plasmatilstand med papirfibre intermolekylært for å gi materialet bedre elastisitet. Den første applikasjonen for dette papiret vil trolig bli i emballasje, men materialet har potensiale i et antall industriprodukter, inkludert lavkostnadsmøbler som lages av tresubstitutter. Fordelen med bruk av nanoteknologi i papir er at man kan strekke papiret uten at det brekker/ryker. CIP har allerede kommersialisert ”Mould Paper”, et strekkbart papir lagd av ren cellulose som kan strekkes 20 % i alle retninger. Papiret kan brukes til emballering av næringsmidler, farmasøytisk industri, toalettpapir, dagligvare, konfekt- og drikkekartong industrien (Pira International, 20.01.2005).

6.3.10 Nanoteknologi lifts-off fremtidig emballasje

En film som er blitt utviklet for å forbedre permeabiliteten til gasser for bruk i romstasjoner og av dykkere kan også føre til et gjennombrudd i emballering av næringsmidler. Sintef Norge har ved bruk av nanoteknologi klart å lage små partikler i en plastfilm og dermed forbedret transport av gasser, som for eksempel karbondioksid, ut av filmen. Det samme prinsippet kan brukes til å blokkere skadelige gasser som forkorter levetiden til matvarer. Denne plastfilmen kan fungere som en barrierebeskytter og dermed forhindre at gasser som oksygen og etylen forringer kvaliteten til fersk frukt. Fordelene ved bruk av nanomaterialer i næringsemballasje er at plastfilmen vil forbli transparent, men da må materialene være mindre enn en halv mikrometer. En transparent film kan være viktig i presentasjon og salg av visse produkter. Dette er forskjellen fra filmer som består av flere lag eller som inneholder oksygen scavangers, som på det beste vil se grå ut. Den nye nanofilmen kan brukes i konjunksjon med andre aktive stoffer som for eksempel gass scavangers, modifisert atmosfære pakking eller silikonoksid coating. De første applikasjonene av denne emballasjen vil mest sannsynlig være i elektronikk eller farmasøytisk industri. Sintef ser for seg at nanomaterialer for bruk hos forbrukere tidligst vil komme på markedet om minst fem år, og at det mest sannsynlig vil benyttes i industrien før den tid. Pris for produksjon av denne plastfilmen er for tidlig å si noe om, men dersom det lages i store kvanta vil prisen kunne konkurrere med multilags barrierefilmer, som krever høye produksjonsnivåer



(Pira International, 22.09.2004).

EN LITTERATURSTUDIE AV NANOTEKNOLOGI OG EGNETHET FOR BRUK I EMBALLASJE Appendiks A: Litteraturhenvisninger


7. Drøftinger Nanoteknologi kan beskrives som manipulering av atomer og molekyler for å lage strukturer som kan anvendes i den virkelige verden. Denne manipuleringen gir anledning til mye spennende og relevant forskning og utviklingsarbeid. I denne rapporten har man sett på hva nanoteknologi er, hvilke muligheter og anvendelser nanoteknologi kan knyttes til i emballasjeindustrien, hvilke utfordringer dette vil kunne innebære i forhold til helse, miljø og ressurseffektivitet og litt om fremtidsperspektiver. Nanovitenskap og nanoteknologi fremstår i dag som strategisk viktige forskningsområder med svært store industrielle og samfunnsmessige muligheter. Nanoteknologi befinner seg på et eksplorativt og kreativt stadium. Med hensyn til stadig utvikling av materialvitenskap med forbedring og utvikling av nye materialer ser man muligheter for bedre emballasjeløsninger med nye egenskaper. Ved bruk av nanomaterialer kan man oppnå lengre holdbarhetstid, bla. ved å forbedre barriereegenskaper og ved bruk av absorberende/reagerende forbindelser. Man kan oppnå utvidet bruksområde for emballasje ved at den tåler høyere temperatur. I tillegg er det muligens en miljømessig gevinst i alle ledd i verdikjeden og en transportkostnadsgevinst ved at emballasjematerialet kan bli tynnere og lettere. I nær fremtid vil det også finnes funksjonell emballasje: aktiv og intelligent emballasje (antimikrobiologisk, konserverende og emballasje med sensorer som reagerer på temperatur, fuktighet, lys og forråtnelse). Men i kjølvannet av en stadig økende satsning på nanoteknologi er det også knyttet usikkerhet til utviklingen, og til mulige negative helse- og miljøeffekter. Kvalitativt og kvantitativt nye risiki kan oppstå. Dette betyr også nye forsknings- og kompetansebehov knyttet til nanoteknologi og helse, miljø, etikk og samfunn, noe Norges Forskningsråd har tatt konsekvensen av gjennom en egen programutlysning. Siden denne rapporten har vært en litteraturstudie om nanoteknologi, og egnethet for bruk i emballasje, og tiden som har vært til disposisjon har vært svært begrenset, har det ikke vært mulig å få innspill fra emballasjeprodusenter i Norge og resten av Norden. Det hadde vært interessant å utføre en kartlegging av deres syn på nanoteknologi i emballasje, hvilke fordeler og ulemper med nanoteknologi de anser som mest aktuelle, og om de ser et potensiale for bruk av nanoteknologi i emballasje. Et forslag til videre arbeid er å kontakte professor Tony Ryan ved University of Sheffield. Han og hans forskerteam arbeider med emballeringsmaterialer som kan respondere på miljømessige stimuli ved bruk av nanoteknologi. I ”Appendiks B: Utvalgt litteratur for videre lesning” anbefales det litteratur hvor det finnes informasjon om nanoteknologi, og muligheter/utfordringer knyttet til bruk i emballasjematerialer.



Appendiks A: Litteraturhenvisninger Bayer Research website, http://www.research.bayer.com/edition/polyamides.php, [26.07.2005] CEPMagazine website, www.cepmagazine.org, [29.07.2005] Cordis, ingen dato, bilder, http://www.cordis.lu/nanotechnology/icons/funcars_1.jpg, [20.07.2005] Cordis, 20.12.2004, Results of nanotechnology survey highlight wants and needs for Europe’s scientists, Cordis, http://dbs.cordis.lu/cgi-bin/srchidadb?CALLER=NHP_EN_NEWS&ACTION=D&SESSION=&RCN=EN_RCN_ID:23099, [21.07.2005] Cordis, ingen dato, Welcome to the NMP Website, Cordis http://www.cordis.lu/nmp/home.html, [20.07.2005] Cordis, ingen dato, What is NMP?, Cordis, http://www.cordis.lu/nmp/whatis.htm, [20.07.2005] Den Norske Emballasjeforening og Styringskomiteen for reduksjon av emballasjeavfall, 2002, Emballasjens oppgaver i et moderne samfunn, 36 sider Elopak Website, http://www.elopak.com/site/index.jsp, [26.07.2005] EurActiv, 11.01.2005, Nanotech – stakeholders see need for broad debate, EurActiv, http://www.euractiv.com/Article?tcmuri=tcm:29-133994-16&type=News&_lang=EN&email=37582, [21.07.2005] EUs Sixth Framework Programme, 2004, Sixth Framework Programme: Nanotechnologies, and nanosciences, EUs Sixth Framework Programme http://www.europa.eu.int/scadplus/leg/en/lvb/i23015.htm, [20.07.2005] Goodband, H., ingen dato, What is nanotechnology? Nanotechnology – how big or small?, SustainPack, http://www.sustainpack.com/nanotechnology.html, [26.07.2005] Gorman, J.,”Taming High-Tech Particles”, Science News, 2002, http://www.sciencenews.org/articles/20020330/bob8.asp, [29.07.2005] Haugsdal, G. & Salvesen, E., publisert 28.08.2003, sist oppdatert 12.05.2004, Nanotechnology – oppurtunities and uncertainty, Norges Forskningsråd, http://www.forskningsradet.no/forport/application?pageid=Visningsside&childAssetType=GenerellArtikkel&childId=1106676928360, [20.07.2005] HSE, 2004, Nanoparticles: An occupational hygiene review, Prepared by the Institute of Occupational Medicine for the Health and Safety Executive 2004, research report 274, http://hse.gov.uk/research/rrpdf/rr274.pdf, [29.07.2005] Kvalvåg Pettersen, M., 2005, Av og til er en nanometer nok, Emballering, nr. 3, s. 45-49



Leaversuch, R., ingen dato, Feature Article Nanocomposites Broaden Roles in Automotive, Barrier Packaging, PlasticsTechnology, http://www.plasticstechnology.com/articles/200110fa3.html, [26.07.2005] Luther, W., (ed.), 2004, Industrial Applications of Nanomaterials – Chances and Risks, VDI Technologiezentrum GmbH, http://nano.uts.edu.au/nanohouse/nanomaterials%20risks.pdf [26.07.2005] Mnyusiwalla, A., et al, 2003, Mind the gap: science and ethics in nanotechnology, Nanotechnology 14, side 9-13 Moore, G., 2004, Nanotechnology in Packaging, Pira International Ltd, Surrey, UK, 86 s. Nanocor, 2004, AMCOL International Corporation, www.nanocor.com, [26.07.2005] Nanocor, 2004, M9TM High Barrier Bottle, AMCOL International Corporation http://www.nanocor.com/cases/case_m9.asp, [26.07.2005] Nanoforum Website, www.nanoforum.org, [21.07.2005] Nanoforum, Benefits, Risks, Ethical, Legal and Social Aspects of Nanotechnology. Report by the Nanoforum Consortium, 2004 http://www.nanoforum.org/index.php?struktur=5&sent=&step=&folder=99999&modul=showpub&action=showcmoplete&scid=220&code=de3c1a733c9c51de130bc7ae775fd930&userid=500767&wb=130125&, [21.07.2005] Natvig, B., et al, 2005, Nanoteknologier og nye materialer: Helse, miljø, etikk og samfunn, 66 sider Norges Forskningsråd, publisert 12.08.2003, oppdatert 19.05.2005, NMP-programmet, Norges Forskningsråd, http://www.forskningsradet.no/forport/application?childAssetType=GenerellArtikkel&lang=no&childId=1060675559130&pageid=Visningsside, [20.07.2005] Olsen, C.R., 2005, Opptur, nedtur eller bomtur?, Plastforum, nr 5, s. 46-47 Pira International Ltd., website, www.pira.co.uk, [07.07.2005] Pira International, 19.06.2005, Nanotechnology could be key ingredient to Huhtamaki’s perfect pack, Pira International Ltd., http://www.pira.co.uk/pira/piranet.asp?page=/pira/NewsItem.htm&NewsItemId=6379&Groups=0&SubGroup=0, [20.07.2005] Pira International, 24.06.2005, UK Company puts nano-silver in packs to preserve food, Pira International Ltd., http://www.pira.co.uk/pira/piranet.asp?page=/pira/NewsItem.htm&NewsItemId=6358&Group=0&SubGroup=0, [20.07.2005] Pira International, 16.05.2005, Nanocomposite orientation at a touch of a button, Pira International Ltd.,



http://www.pira.co.uk/pira/piranet.asp?page=/pira/NewsItem.htm&NewsItemId=6260&Group=0SubGroup=0, [20.07.2005] Pira International, 19.04.2005, Cyclic applies nanocomposites to polymers, Pira International Ltd., http://www.pira.co.uk/pira/piranet.asp?page=/pira/NewsItem.htm&NewsItemId=6210&Group=0SubGroup=0, [20.07.2005] Pira International, 15.03.2005, Biodegradable nanocomposites could replace EVOH, Pira International Ltd., http://www.pira.co.uk/pira/piranet.asp?page=/pira/NewsItem.htm&NewsItemId=6164&Group=0SubGroup=0, [20.07.2005] Pira International, 10.02.2005, Nanoclays boost biodegradable pack’s strength,, Pira International Ltd., http://www.pira.co.uk/pira/piranet.asp?page=/pira/NewsItem.htm&NewsItemId=6079&Group=0SubGroup=0, [20.07.2005] Pira International, 10.02.2005, Nano-holes provide Dow with better breathable films, Pira International Ltd., http://www.pira.co.uk/pira/piranet.asp?page=/pira/NewsItem.htm&NewsItemId=6080&Group=0SubGroup=0, [20.07.2005] Pira International, 08.02.2005, Nanotechnology aids green production of packaging, Pira International Ltd., http://www.pira.co.uk/pira/piranet.asp?page=/pira/NewsItem.htm&NewsItemId=6068&Group=0&SubGroup=0, [07.07.2005] Pira International, 20.01.2005, CIP looks to nanotechnology to toughen paper packs, Pira International Ltd., http://www.pira.co.uk/pira/piranet.asp?page=/pira/NewsItem.htm&NewsItemId=5991&Group=0&SubGroup=0, [07.07.2005] Pira International, 22.09.2004, Nanotechnology lifts-off futuristic packages, Pira International Ltd., http://www.pira.co.uk/pira/piranet.asp?page=/pira/NewsItem.htm&NewsItemId=5617&Group=0&SubGroup=0, [07.07.2005] Royal Society/Royal Academy of Engineering, Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties, UK, July 2004, http://www.nanotec.org.uk/finalReport.htm, [26.07.2005] Science Innovation, issue 2, 2005, Spotlight on nanotechnology – is nanotechnology going to change the future of food technology?, Institute of Food Research, http://www.ifr.ac.uk/publications/scienceinnovation/0502_nanotechnology, [29.07.2005] Skavlid, S., 2003, Nanoteknologi: Etikere sakker akterut i forhold til forskningen, Forskningsetikk, http://www.etikkom.no/fagbladet/2003_2/akterut, [11.07.2005]



SustainPack website, www.sustainpack.com, [26.07.2005] Teknologirådet, ingen dato, Helse, miljø og etikk i nanosamfunnet, Teknologirådet, http://www.teknologiradet.no/html/672.htm, [14.07.2005] Teknologirådet, ingen dato, Hva er nanoteknologi? Teknologirådet, http://www.teknologiradet.no/html/719.htm, [14.07.2005] Thorolvsen Munch, A. & Lang, P.K, publisert 28.08.2003, sist oppdatert 12.05.2004, Norway goes nano, Norges Forskningsråd, http://www.forskningsradet.no/forport/application?pageid=Visningsside&childAssetType=GenerellArtikkel&childURL=1084178459659.txt, [20.07.2005] Triton Systems Inc., website, www.tritonsys.com, [26.07.2005] Yamango, S., et al, 1995, In vivo biological behaviour of a water-miscible fullerene: 14C labelling, absorption, distribution, excretion and acute toxicity, Journal of Chemical Biology,

vol. 2, no. 6

EN LITTERATURSTUDIE AV NANOTEKNOLOGI OG EGNETHET FOR BRUK I EMBALLASJE Appendiks B: Utvalgt litteratur for videre lesning


Appendiks B: Utvalgt litteratur for videre lesning Etter å ha jobbet litt med nanoteknologi og nanomaterialer, er det funnet flere gode nettsider en bør se mer på. En av disse er sidene til SustainPack (www.sustainpack.com ), en forskningsportal for emballasjeforskning innen nanoteknologiprogrammet til EU. Dette er det største og viktigste forskningsprosjektet innen emballasje som noen sinne er blitt utført. Det er et fireårig forskningsprosjekt med en ramme på 36 millioner euro. Av disse er 19 millioner euro gitt av EUs 6. rammeprogram. Prosjektet er et samarbeid mellom 35 partnere fra 13 land, representert ved ulike emballeringsforeninger, universiteter og høgskoler, og industri. Hensikten med SustainPack er å etablere fiberbasert emballasje som den dominerende part i emballasje i løpet av 10 år. Dette vil oppnås ved å bruke nanoteknologiske løsninger for å produsere fiberbaserte emballasjeløsninger for produsenter og konsumenter. Sidene til SustainPack tar for seg prosjektet og dens struktur, introduserer nanoteknologi, og har en samleside for nanoteknologiske nyheter og publikasjoner. Den europeiske union (EU) har flere aktuelle sider om nanoteknologi og de ulike rammeprogrammene (FP6 og FP7). Blant disse sidene er http://www.euractiv.com, www.cordis.lu/nanotechnology og http://europa.eu.int/index_en.htm. Her finner man informasjon om hva de ulike rammeprogrammene går ut på, nanoteknologiens rolle og nanoteknologiske prosjekter innenfor rammeprogrammene. EU har ønske om at europeisk forskning skal være i forkant av nanoteknologisk utvikling. Nanoteknologi har et enormt potensiale for europeisk industri og for samfunnet generelt. Det er derfor viktig å ha en klar strategi og planer for dette området, samtidig som man må se på mulige helse, miljø og sikkerhetsutfordringer så tidlig som mulig. Nanoforum (www.nanoforum.org) er et tematisk nettverk i regi av EU. De har som mål om å fremme og forbedre standarden til nanoteknologiske aktiviteter i Europa. Nanoforum er en omfattende informasjonskilde på alle områder av nanoteknologi (industriell, vitenskapelig og samfunnsmessig). Nanoforum gir utfyllende informasjon, organiserer flere initiativer og studier. Følgende sider som ikke er benyttet, men som kan inneholde nyttig informasjon: http://www.nanopack.com/ http://www.cpmt.org/tc/nano/main.htm http://www.prc.gatech.edu/nanobiopack/ http://europa.eu.int/comm/research/industrial_technologies/articles/article_1070_en.html http://www.cordis.lu/nanotechnology/src/pressroom-pub.htm Emnesidene til Bibsys (http://www.bibsys.no), gir flere treff på bøker og artikler om nanoteknologi og emballasje som kan være nyttige: Dirote, E., 2005, Nanotechnology focus, Nova Science, New York, USA, 300 s. Hall, J. Storrs, 2005, Nanofuture: what’s next for nanotechnology, Prometheus Books, New York, USA, 333 s., ill. Karn, B. et al, 2005, Nanotechnology and the environment: applications and implications, American Chemical Society, Washington D.C., USA, p.cm Ramsden, J., 2005, Nanotechnology in paper production, Pira International Ltd., Surrey, UK, 47 s

EN LITTERATURSTUDIE AV NANOTEKNOLOGI OG EGNETHET FOR BRUK I EMBALLASJE Appendiks B: Utvalgt litteratur for videre lesning


Theodore, L. and Kunz, R.G., 2005, Nanotechnology: environmental implications and solutions, Wiley, Hoboken, N.J., USA, 378 s., ill. Det finnes i tillegg to bøker som Pira International anbefaler, og det er Future of Nanotechnology in printing and packaging og Biodegradability in plastics packaging. Ved søk i nettsidene til bibsys finnes ikke mer opplysninger enn dette.

Documents

AR.01.05 - Litteraturstudie innenfor nanoteknologi