塑料为社会提供了许多好处,并广泛用于我们的日常生活:它们重量轻、价格便宜且适应性强。然而,塑料的生产、加工和处置根本不可持续,对环境和人类健康构成重大全球威胁。对源自植物原料的可重复使用和可回收塑料进行环保加工将是理想的解决方案。到目前为止,技术挑战已被证明太大了。然而,哥廷根大学的研究人员现在发现了一种可持续的方法——“水定形”,它在正常条件下使用水——来加工和重塑一种称为肉桂酸纤维素 (CCi) 的新型水塑性聚合物。该研究发表在Nature Sustainability 上。
塑料是聚合物,这意味着它们的分子结构是由大量结合在一起的相似单元构成的。目前,大多数塑料都是使用石化产品作为原材料制造的,这对我们的环境进行了提取和处理。相比之下,作为植物细胞壁主要成分的纤维素是地球上最丰富的天然聚合物,几乎是取之不尽的原材料来源。通过引入“肉桂酰基”基团对纤维素化学的很小一部分进行轻微修改,研究人员成功地制造了一种特定的 CCi,它适用于形成具有水塑性的新型生物塑料(即柔软且可塑)水)聚合物。
这意味着它可以在日常温度和压力下仅使用水进行成型。这种独特的方法——被称为水力固化——使研究人员能够简单地通过将生物塑料浸入水中并让其在空气中干燥来生产各种形状。成型的形状长期保持稳定性,并且可以一次又一次地重新塑造成各种 2D 和 3D 形状。虽然塑料不应该直接与水接触——因为它会变形——但它可以保持水分并在潮湿的条件下使用。与目前广泛使用的塑料相比,CCi 生物塑料显示出高质量的机械性能。
“我们的研究为利用可再生资源设计其他环保型水塑料提供了一种可行的方法,”哥廷根大学的张凯教授解释说。“这应该开辟新的研究途径,刺激对其他具有优异机械性能和新特性的可持续生物塑料的进一步探索。”
水压成型工艺避免了昂贵且复杂的机械和苛刻的加工条件。这种环保方法极大地简化了塑料制造,使其加工和回收更加经济和可持续。“这项研究为像这样的生物塑料提供了巨大的潜力,可以应用于许多不同的情况,例如生物学、电子学和医学,”张说,然后补充道:“特别是塑料对环境的不利影响,这对所有人都是有害的。地球上的生命形式,将通过重复使用具有独特功能的水塑料而减少到最低限度。”