研制出一种强度更高的塑料替代品

将塑料和橡胶混合制成的新型塑料不仅环境友好,还能达到一定的柔韧性和强度,有望在食品包装等方面实现应用。

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俄亥俄州立大学的研究人员设计的新型材料是生物塑料和橡胶的混合物,比生物塑料本身更耐用。图片来源:俄亥俄州立大学

来源 Ohio State University

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审校 阿金、刘悦晨

编辑 戚译引

既要避免塑料进入垃圾填埋场,同时又要满足食品行业的需求,这的确困难重重。

生物降解材料必须符合各种标准,才能被用来替代以石油为原料的制品。到目前为止,由于加工工艺和经济成本等方面的限制,研究者们从可再生资源中寻找可用的塑料替代品的尝试收效甚微。其中一个困难就是,目前所有实验产品都过于脆弱,无法应用于食品包装。

俄亥俄州立大学(Ohio State
University)的一项新研究以全新的方式将天然橡胶与生物塑料结合,研制出一种强度更高的塑料替代品。这一研发成果有望减少对环境的不利影响,因此已经引起了一些公司的兴趣。

几乎所有的塑料都以石油为原料,且不能生物降解,这无疑是一个重大的环境问题。

在一项近期发表在《聚合物》杂志上的研究中,来自俄亥俄州立大学的研究团队报告,他们成功地通过微生物发酵获得了韧度增强的橡胶产品,其表现与传统塑料相当。业内的科学家们表示,这项最新的研究体现了迄今为止在这一领域取得的最大成功。

“之前的尝试都没有成功,因为橡胶过于柔软,这意味着产品在加工过程中会损失大量强度,”文章的第一作者赵晓颖(音,Xiaoying
Zhao)说,她是俄亥俄州立大学食品科学与技术系的博士后研究员。

这项新研究将橡胶与一种名为 PHBV
的植物热塑性塑料融合在一起,并添加有机过氧化物和一种名为三甲基丙烷三丙烯酸酯的添加剂。最终的产品比
PHBV 本身强度高 75%,柔韧性高 100%,这意味着它更容易被塑型成食品包装。

该研究的资深作者、俄亥俄州立大学食品科学与技术教授雅儿·沃多沃兹(Yael
Vodovotz)介绍,其他研究团队也曾将橡胶和 PHBV
结合,但这些产品太过脆弱,无法满足食品包装的所有要求,包括适用于加工、运输、商店和家庭处理,尤其是无法用作先冷冻后微波加热的包装,

她说,在不明显降低强度的前提下增加柔韧性,这对塑料薄膜来说尤为重要,特别当它用于包装从新鲜农产品到冷冻食品的各种食品。

其他一些研究也尝试制作这类橡胶增强生物塑料,却将 PHBV 的强度降低了
80%,而在这项研究中强度只减少了 30%,这个强度更容易操控,赵说道。

材料的韧性(toughness)也得到了改善,这个概念与强度不同,本文的共同作者卡特里娜·科尼什(Katrina
Cornish)解释道,她是天然橡胶专家,俄亥俄州立大学园艺学和作物科学教授。

“想象一下,你试图用手把一块混凝土拉开,这是在测试它的强度;但空手道中用手或脚劈混凝土则是在测试它的韧性,即它多么容易断裂,”科尼什说道,“你永远无法把它拉开,但如果你足够强壮,就可以把它打碎。”

目前研究人员关注的焦点是使用各种生物可降解材料的可能性,这些材料将作为填充物进一步增强现有的混合物。他们讨论过使用同事从咖啡渣中提取油后留下的“渣饼”,甚至番茄皮和蛋壳也在考虑之中。

“我们想利用一些原本会被丢弃的东西,它们既可持续又相对便宜,”沃多沃茨说道。

他们甚至研究了环保人士从水道中捞出的侵入性草类,看看将它与橡胶混合物结合后可能产生怎样的效果,以寻求同时解决两个环境问题的可能性。“我们可以把这些草弄干磨碎,然后可能把它们用作纤维填料,”沃多沃兹说道。

除了食品包装,生物塑料还可能用于其它与食品相关的产品,例如餐具和砧板等。研究人员正在寻求与食品科学专业以外的同事合作,拓展产品的其它应用,例如制成建筑材料,餐饮服务人员的工作手套,或汽车和飞机零部件等。

沃多沃兹说,随着该团队将技术从实验室转化到食品行业,他们将会根据公司的优先级和关注点来解决许多细节问题,这可能意味着要对混合物进行调整。

“随着我们与食品制造商的合作越来越紧密,我们的潜在合作伙伴正提出一些具体的问题。为了满足他们的需求,我们必须非常谨慎地选择制作过程中使用的材料,因为他们有非常具体的参数要求,”沃多沃兹说道。

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