可在水中迅速溶解並可回收利用的生物塑膠
2023/05/31 @國際
摘要
美國愛達荷州樹城州立大學的研究團隊開發了一種易於回收的生物塑膠，這些材料在有塗層時可以防水數小時，但在破裂後會在幾分鐘內溶解，最終產品是無毒的小分子、可分解的生物基材料。這種特性使得該材料適合作為一次性塑膠的替代品。該研究的論文已發表在美國化學學會永續化學與工程期刊(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)。
示意圖
由於減少塑膠污染的趨勢持續增加，許多科學家已開發各式各樣的生物可分解塑膠作為石油基塑膠的替代品，但由於需要保留塑膠製品的耐用性，目前常見的生物塑膠也能抵抗自然條件下的降解作用，通常需要工業堆肥條件才能將其完整分解。如果在產品壽命結束時沒有進行適當的收集和處理，目前的生物塑膠將繼續造成塑膠廢物污染。較理想的材料是由可再生資源製成，並且設計為既能有效回收利用，又能在產品流失到環境中時迅速分解，還應保留使用現有塑膠加工基礎設施進行大規模生產的可行性。
考慮到這一點，美國愛達荷州樹城州立大學(Boise State University)的研究團隊設計了一種易於在水中溶解且可回收的小分子糖基塑膠材料。研究團隊從一種名為異麥芽酮糖醇(Isomalt)的物質著手。它可以從多種植物和食物廢棄物中取得，被廣泛用作傳統精製糖的替代品，以及用來製作甜點上的裝飾結構，這些裝飾物堅硬但易碎，並能迅速溶於水。本研究中選擇異麥芽酮糖醇作為粘合劑，因為它對熱處理穩定，且它的低吸濕性使其能夠抵抗微生物的生長，而微生物的生長通常會縮短其他糖製材料的保存期限。
為了提高材料的強度，研究人員首先將異麥芽酮糖醇加熱至液態，然後試著添加了純植物來源的纖維素、纖維素和鋸末的混合物，或木頭粉末，並利用傳統的塑膠製造設備將混合物擠壓成顆粒、加熱及模塑成物體。結果顯示這三種添加劑都使異麥芽酮糖醇的強度增強許多，使其比聚對苯二甲酸乙二酯 (PET) 和聚氯乙烯 (PVC) 等塑膠更堅固。這些物體仍然相對較輕，並且在放入水中幾分鐘內就會溶解。其外部在塗上一層食品級蟲膠和醋酸纖維素後，可經得起浸泡在水中長達 7 天，但一旦被打碎暴露在水中，它們仍然會迅速溶解。重要的是，液化後的材料可以被回收並製造成與原件一樣堅固的新物體。
研究人員希望這項技術可以用於生產一次性餐具，在丟棄後壓碎並噴水即可分解，就算這些廢棄物完好無缺地進入垃圾掩埋場，僅是輕微的裂縫形成也會讓它們 開始溶解，成為安全且環境友善的塑膠替代品。【延伸閱讀】- 以大豆蛋白應用於生物可分解塑膠
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