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  • 宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种廉价的生物材料,可以用在包装和替代塑料包装的可再生隔离涂层。而且宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发出来了该材料的许多其他应用途径,他们预测采用这种新型材料会显著降低污染。

    完全可降解的多聚糖电解质复合材料是由几乎等量的木材、棉花、壳聚糖等处理过的纤维素浆和壳聚糖组成。壳聚糖来源于甲壳素,它是节肢动物和甲壳类外骨骼的主要成分。甲壳素主要来源于龙虾、螃蟹和人们食用虾后剩下的残余壳。

    农业科学院农业与生物工程的教授兼首席研究员Jeffrey Catchmark说这些环保的隔离涂层应用范围广泛,从防水纸张到天花板瓷砖和墙板的涂料,再到用来保鲜的食品涂料。

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    他说:“这种材料出人意料的强大,它不可溶的粘合性对产品包装和其他应用都是有用的,比如可以做成性能更好、完全天然的木质纤维复合材料,甚至还可以用在地板上。”这种技术有可能会被用在食品中,以减少食物在煎炸过程中对油脂的摄取并能保持脆性。因为这种涂层本质上就是以纤维为基础的,所以它也是一种增加膳食纤维的方法。

    他解释道羧甲基纤维素和壳聚糖之间令人惊叹的坚固持久的粘合是这种材料的性能关键。这两种非常便宜的多聚糖(已经开始在食品产业和其他工业部门使用)中有着不同种类并粘在一起的分子电荷,这为复合物制造不透水膜、涂层、粘合剂等奠定了基础。

    Catchmark认为如果这些阻隔性能良好的涂层能够取代美国每年用于食品包装的数百万吨石油塑料,那么这种材料对于降低污染的作用巨大。

    Catchmark指出全球塑料产量每年接近3亿吨。在最近的一年里,有超过2900万吨的塑料成为了美国城市的生活垃圾,并且其中几乎有一半是塑料包装。预计全球10%的塑料制品将成为海洋垃圾,这意味着会对生态和人类健康造成重大威胁。

    最近在《绿色化学》刊登的一篇研究成果表明多聚糖电解质复合涂层的性能表现良好。用羧甲基纤维素和壳聚糖的纳米结构纤维颗粒组成的纸板具有很强的油水阻隔性能。该涂层还可抵抗甲苯、正庚烷和盐溶液,还能提升在干燥和潮湿环境下的机械性能以及对水蒸汽的阻隔性能。

    Catchmark与宾夕法尼亚州立协会合作申请了一项涂料专利,并说到“这些结果表明在很多商业用途中,多聚糖电解质复合材料可能会成为合成聚合物隔离材料的竞争对手”。

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    “此外,这项研究表明在发生静电络合的多聚糖系统中出现了一些意想不到的新特性,这使得新型材料的高性能应用成为现实。”

    Catchmark开始尝试用生物材料来代替忽视了十几年的可降解塑料产品。他对木材中的主要成分——纤维素感兴趣,因为它是地球上规模最大的可再生材料。Catchmark研究了其材料自身结构在纳米级别上的组合方式。

    他相信可以开发出性能更强大并更能改善其性能的天然材料,这样他们就能与不可持续并制造污染的合成材料一起竞争了,例如应用在纸板的低密度聚乙烯层压板,以及用于杯子和瓶子中的聚苯乙烯泡沫塑料和固体塑料。

    Catchmark解释说:“这项挑战在于,要得到这种材料就必须找到一种可操作的方式来生产,而且生产成本必须比塑料要便宜。因为当你尝试把现有的产品转变成更绿色环保更可持续的产品时,你就要为这个改变买单。”因此,要想让企业从中获益,就必须降低成本。这就又是一个随之而来的问题,这个问题必须通过更低的生产成本来解决。

    这笔基金是靠农业科学院申请研究项目的创新补助获得的,Catchmark为了获得各类产品,目前正努力开发不同行业领域的商业合作伙伴。

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    他说:“我们正尝试采取最后的措施来对世界产生真正的影响,让业内人员不再使用塑料,而去更多的使用这些新型天然材料。因此,他们(消费者)可以选择使用了这类生物材料之后,再回收利用,还可以埋在地下或用来当化肥,然后它们就会逐渐降解。或者他们还可以把人们扔到海洋中的塑料拿来继续使用,因为这些塑料在海里持续数千年也不会降解。”

    同样参与这项研究的还有博士后学者Snehasish Basu和研究生兼宾夕法尼亚州立大学阿尔分校的工程学讲师Adam Plucinski。宾夕法尼亚州立大学材料研究所的工作人员为这个项目提供了帮助。
  • 发布:陆乙乙   点击:798