可以被海洋生物分解的新型塑料,竟然是用纤维素、淀粉做出来的!

当我们提到纤维素、淀粉时,是不是会马上想到中午便当里的炒青菜、白饭呢?然而,今日要讨论的可不是午餐菜色!现在,纤维素、淀粉化身为科学家的重要材料,并且成功借此研发出更环保的「塑料」。

这是来自日本大阪大学宇山浩教授团队的研究成果,长期以来,宇山浩教授的团队一直都致力于环保材料的研发,并在今年顺利开发出以纤维素与淀粉为原料的塑料。

想让海洋变美丽?请把塑料变不见

塑料垃圾摧毁海洋生态问题日益严重,开发具海洋生物分解性之塑料是未来必要的开发趋势。

因工业发展与日常消费产生的塑料垃圾,其难以被分解的特性,对环境造成的污染日益严重,其中许多塑料垃圾从都市或乡村逸散,随着雨水或河水流动,从陆地最终流入大海,无论是以块材或是微粒的方式,它们都正在狠狠地摧毁海洋生态与环境,因此开发具生物分解性之塑料——更精确地说,是具海洋生物分解性的塑料——是一条势在必行的路。

隆重欢迎塑料界新生代——纤维素与淀粉

日本,可谓是全世界在海洋生物分解性之塑料材料的领头羊,除了正积极向国际标准化组织(ISO)等组织提案关于海洋生物分解性塑料之标准外,相关材料的研发也正如火如荼地进行着1

到目前为止,以三菱化工生产的PBS及钟渊化工生产的PHBH为首,日本的企业已开发出多样的海洋生物分解性塑料,然而这些材料目前仍因突破不了产量低及价格高等难关,在普及方面尚无法有更进一步的发展。

宇山浩教授领导的研究团队看见了纤维素与淀粉这两种天然材料在海洋生物分解性塑料领域的潜力,便致力于相关开发,并于今年顺利以纤维素与淀粉为原料,开发出具海洋生物分解性之塑料。

刚中带柔~高强度却又容易破洞的塑料

淀粉价格低廉且具生物分解性,但由于耐水性不佳的关系,在过往绿色塑料材料的研究里并不太广泛地被应用。此次,宇山浩教授的团队顺利透过同为糖类的纤维素,与淀粉相互强化,制备出透明且具高强度之塑料,为淀粉在生物分解材料的应用上开启了新的篇章。

事前,宇山浩教授团队将TEMPO氧化之纤维素注1与淀粉进行反应,使纤维素与淀粉间产生大量的键结,所得到的塑料膜在外观上非常透明,与纤维素之衍生物不透明的外观在直觉上相去甚远(图1)。

图1利用纤维素与淀粉合成的塑料膜的外观。
图/大阪大学宇山浩教授提供

另外,在强度方面,宇山浩教授团队所开发的塑料膜具有非常好的机械强度(mechanical strength) ,在拉伸测试中它可承受的应力比一般塑料高出2 倍,比较不容易被破坏。此外,该材料具有不同于其成分淀粉的良好耐水性,在水中浸润后仍能维持良好的机械性质。

除了良好的机械性质外,当它在海水中浸润一个月后,会产生许多孔洞,并有大量的细菌附着,说明了此材料也具备了良好的海洋生物分解性(图2)。

图2分解时材料内部产生之孔洞,有利于分解的进展。
图/大阪大学宇山浩教授提供

未来塑料,取用自然,回归自然

纤维素与淀粉皆为非常容易取得且价格低廉的天然材料,其中纤维素更能由稻秆等农业废弃物取得,间接地促成了废物再利用,也能够减少燃烧农业废弃物可能产生之温室气体,再加上材料制造过程简单,可谓是从源头、制成到产品皆对环境永续有极大贡献之绿色材料。

目前,宇山浩教授的研究团队正与企业合作,积极地开发该材料的工业化制程,以量产为目标迈进,期许在未来的某天,能够取用于自然,再让它回归自然,不影响生物活动空间与生存权利,让塑料垃圾能不再是海洋生物或环境的生存杀手。

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