塑料和橡膠混合制成的新型塑料，有望成為新型環(huán)保材料。2020-02-26
將塑料和橡膠混合制成的新型塑料不僅環(huán)境友好，還能達(dá)到一定的柔韌性和強(qiáng)度，有望在食品包裝等方面實現(xiàn)應(yīng)用。
既要避免塑料進(jìn)入垃圾填埋場，同時又要滿足食品行業(yè)的需求，這的確困難重重。
生物降解材料必須符合各種標(biāo)準(zhǔn)，才能被用來替代以石油為原料的制品。到目前為止，由于加工工藝和經(jīng)濟(jì)成本等方面的限制，研究者們從可再生資源中尋找可用的塑料替代品的嘗試收效甚微。其中一個困難就是，目前所有實驗產(chǎn)品都過于脆弱，無法應(yīng)用于食品包裝。
俄亥俄州立大學(xué)(Ohio State University)的一項新研究以全新的方式將天然橡膠與生物塑料結(jié)合，研制出一種強(qiáng)度更高的塑料替代品。這一研發(fā)成果有望減少對環(huán)境的不利影響，因此已經(jīng)引起了一些公司的興趣。
幾乎所有的塑料(大約90%)都以石油為原料，且不能生物降解，這無疑是一個重大的環(huán)境問題。
在一項近期發(fā)表在《聚合物》(Polymers)雜志上的研究中，來自俄亥俄州立大學(xué)的研究團(tuán)隊報告，他們成功地通過微生物發(fā)酵獲得了韌度增強(qiáng)的橡膠產(chǎn)品，其表現(xiàn)與傳統(tǒng)塑料相當(dāng)。業(yè)內(nèi)的科學(xué)家們表示，這項最新的研究體現(xiàn)了迄今為止在這一領(lǐng)域取得的最大成功。
“之前的嘗試都沒有成功，因為橡膠過于柔軟，這意味著產(chǎn)品在加工過程中會損失大量強(qiáng)度，”文章的第一作者趙曉穎(音，Xiaoying Zhao)說，她是俄亥俄州立大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)系的博士后研究員。
這項新研究將橡膠與一種名為 PHBV 的植物熱塑性塑料融合在一起，并添加有機(jī)過氧化物和一種名為三甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)的添加劑。最終的產(chǎn)品比 PHBV 本身強(qiáng)度高 75%，柔韌性高 100%，這意味著它更容易被塑型成食品包裝。
該研究的資深作者、俄亥俄州立大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)教授雅兒·沃多沃茲(Yael Vodovotz)介紹，其他研究團(tuán)隊也曾將橡膠和 PHBV 結(jié)合，但這些產(chǎn)品太過脆弱，無法滿足食品包裝的所有要求，包括適用于加工、運(yùn)輸、商店和家庭處理，尤其是無法用作先冷凍后微波加熱的包裝。
她說，在不明顯降低強(qiáng)度的前提下增加柔韌性，這對塑料薄膜來說尤為重要，特別當(dāng)它用于包裝從新鮮農(nóng)產(chǎn)品到冷凍食品的各種食品。
其他一些研究也嘗試制作這類橡膠增強(qiáng)生物塑料，卻將 PHBV 的強(qiáng)度降低了 80%，而在這項研究中強(qiáng)度只減少了 30%，這個強(qiáng)度(在食品包裝應(yīng)用中)更容易操控，趙說道。
材料的韌性(toughness)也得到了改善，這個概念與強(qiáng)度(strength)不同，本文的共同作者卡特里娜·科尼什(Katrina Cornish)解釋道，她是天然橡膠專家，俄亥俄州立大學(xué)園藝學(xué)和作物科學(xué)教授。
“想象一下，你試圖用手把一塊混凝土拉開，這是在測試它的強(qiáng)度;但空手道中用手或腳劈混凝土則是在測試它的韌性，即它多么容易斷裂，”科尼什說道，“你永遠(yuǎn)無法把它拉開，但如果你足夠強(qiáng)壯，就可以把它打碎。”
目前研究人員關(guān)注的焦點是使用各種生物可降解材料的可能性，這些材料將作為填充物進(jìn)一步增強(qiáng)現(xiàn)有的混合物。他們討論過使用同事從咖啡渣中提取油后留下的“渣餅”，甚至番茄皮和蛋殼也在考慮之中。
“我們想利用一些原本會被丟棄的東西，它們既可持續(xù)又相對便宜，”沃多沃茨說道。
他們甚至研究了環(huán)保人士從水道中撈出的侵入性草類，看看將它與橡膠混合物結(jié)合后可能產(chǎn)生怎樣的效果，以尋求同時解決兩個環(huán)境問題的可能性。“我們可以把這些草弄干磨碎，然后可能把它們用作纖維填料，”沃多沃茲說道。
除了食品包裝，生物塑料還可能用于其它與食品相關(guān)的產(chǎn)品，例如餐具和砧板等。研究人員正在尋求與食品科學(xué)專業(yè)以外的同事合作，拓展產(chǎn)品的其它應(yīng)用，例如制成建筑材料，餐飲服務(wù)人員的工作手套，或汽車和飛機(jī)零部件等。
沃多沃茲說，隨著該團(tuán)隊將技術(shù)從實驗室轉(zhuǎn)化到食品行業(yè)，他們將會根據(jù)公司的優(yōu)先級和關(guān)注點來解決許多細(xì)節(jié)問題，這可能意味著要對混合物進(jìn)行調(diào)整。
“隨著我們與食品制造商的合作越來越緊密，我們的潛在合作伙伴正提出一些具體的問題。為了滿足他們的需求，我們必須非常謹(jǐn)慎地選擇制作過程中使用的材料，因為他們有非常具體的參數(shù)要求，”沃多沃茲說道。
