賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種廉價(jià)的生物材料，可以用在包裝和替代塑料包裝的可再生隔離涂層。而且賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出來(lái)了該材料的許多其他應(yīng)用途徑，他們預(yù)測(cè)采用這種新型材料會(huì)顯著降低污染。
完全可降解的多聚糖電解質(zhì)復(fù)合材料是由幾乎等量的木材、棉花、殼聚糖等處理過(guò)的纖維素漿和殼聚糖組成。殼聚糖來(lái)源于甲殼素，它是節(jié)肢動(dòng)物和甲殼類(lèi)外骨骼的主要成分。甲殼素主要來(lái)源于龍蝦、螃蟹和人們食用蝦后剩下的殘余殼。
農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物工程的教授兼首席研究員Jeffrey Catchmark說(shuō)這些環(huán)保的隔離涂層應(yīng)用范圍廣泛，從防水紙張到天花板瓷磚和墻板的涂料，再到用來(lái)保鮮的食品涂料。
他說(shuō):“這種材料出人意料的強(qiáng)大，它不可溶的粘合性對(duì)產(chǎn)品包裝和其他應(yīng)用都是有用的，比如可以做成性能更好、完全天然的木質(zhì)纖維復(fù)合材料，甚至還可以用在地板上。”這種技術(shù)有可能會(huì)被用在食品中，以減少食物在煎炸過(guò)程中對(duì)油脂的攝取并能保持脆性。因?yàn)檫@種涂層本質(zhì)上就是以纖維為基礎(chǔ)的，所以它也是一種增加膳食纖維的方法。
他解釋道羧甲基纖維素和殼聚糖之間令人驚嘆的堅(jiān)固持久的粘合是這種材料的性能關(guān)鍵。這兩種非常便宜的多聚糖(已經(jīng)開(kāi)始在食品產(chǎn)業(yè)和其他工業(yè)部門(mén)使用)中有著不同種類(lèi)并粘在一起的分子電荷，這為復(fù)合物制造不透水膜、涂層、粘合劑等奠定了基礎(chǔ)。
Catchmark認(rèn)為如果這些阻隔性能良好的涂層能夠取代美國(guó)每年用于食品包裝的數(shù)百萬(wàn)噸石油塑料，那么這種材料對(duì)于降低污染的作用巨大。
Catchmark指出全球塑料產(chǎn)量每年接近3億噸。在最近的一年里，有超過(guò)2900萬(wàn)噸的塑料成為了美國(guó)城市的生活垃圾，并且其中幾乎有一半是塑料包裝。預(yù)計(jì)全球10%的塑料制品將成為海洋垃圾，這意味著會(huì)對(duì)生態(tài)和人類(lèi)健康造成重大威脅。
最近在《綠色化學(xué)》刊登的一篇研究成果表明多聚糖電解質(zhì)復(fù)合涂層的性能表現(xiàn)良好。用羧甲基纖維素和殼聚糖的納米結(jié)構(gòu)纖維顆粒組成的紙板具有很強(qiáng)的油水阻隔性能。該涂層還可抵抗甲苯、正庚烷和鹽溶液，還能提升在干燥和潮濕環(huán)境下的機(jī)械性能以及對(duì)水蒸汽的阻隔性能。
Catchmark與賓夕法尼亞州立協(xié)會(huì)合作申請(qǐng)了一項(xiàng)涂料專(zhuān)利，并說(shuō)到“這些結(jié)果表明在很多商業(yè)用途中，多聚糖電解質(zhì)復(fù)合材料可能會(huì)成為合成聚合物隔離材料的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手”。
“此外，這項(xiàng)研究表明在發(fā)生靜電絡(luò)合的多聚糖系統(tǒng)中出現(xiàn)了一些意想不到的新特性，這使得新型材料的高性能應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。”
Catchmark開(kāi)始嘗試用生物材料來(lái)代替忽視了十幾年的可降解塑料產(chǎn)品。他對(duì)木材中的主要成分——纖維素感興趣，因?yàn)樗堑厍蛏弦?guī)模最大的可再生材料。Catchmark研究了其材料自身結(jié)構(gòu)在納米級(jí)別上的組合方式。
他相信可以開(kāi)發(fā)出性能更強(qiáng)大并更能改善其性能的天然材料，這樣他們就能與不可持續(xù)并制造污染的合成材料一起競(jìng)爭(zhēng)了，例如應(yīng)用在紙板的低密度聚乙烯層壓板，以及用于杯子和瓶子中的聚苯乙烯泡沫塑料和固體塑料。
Catchmark解釋說(shuō)：“這項(xiàng)挑戰(zhàn)在于，要得到這種材料就必須找到一種可操作的方式來(lái)生產(chǎn)，而且生產(chǎn)成本必須比塑料要便宜。因?yàn)楫?dāng)你嘗試把現(xiàn)有的產(chǎn)品轉(zhuǎn)變成更綠色環(huán)保更可持續(xù)的產(chǎn)品時(shí)，你就要為這個(gè)改變買(mǎi)單。”因此，要想讓企業(yè)從中獲益，就必須降低成本。這就又是一個(gè)隨之而來(lái)的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題必須通過(guò)更低的生產(chǎn)成本來(lái)解決。
這筆基金是靠農(nóng)業(yè)科學(xué)院申請(qǐng)研究項(xiàng)目的創(chuàng)新補(bǔ)助獲得的，Catchmark為了獲得各類(lèi)產(chǎn)品，目前正努力開(kāi)發(fā)不同行業(yè)領(lǐng)域的商業(yè)合作伙伴，。
他說(shuō):“我們正嘗試采取最后的措施來(lái)對(duì)世界產(chǎn)生真正的影響，讓業(yè)內(nèi)人員不再使用塑料，而去更多的使用這些新型天然材料。因此，他們(消費(fèi)者)可以選擇使用了這類(lèi)生物材料之后，再回收利用，還可以埋在地下或用來(lái)當(dāng)化肥，然后它們就會(huì)逐漸降解。或者他們還可以把人們?nèi)拥胶Ｑ笾械乃芰夏脕?lái)繼續(xù)使用，因?yàn)檫@些塑料在海里持續(xù)數(shù)千年也不會(huì)降解。”
同樣參與這項(xiàng)研究的還有博士后學(xué)者Snehasish Basu和研究生兼賓夕法尼亞州立大學(xué)阿爾分校的工程學(xué)講師Adam Plucinski。賓夕法尼亞州立大學(xué)材料研究所的工作人員為這個(gè)項(xiàng)目提供了幫助。
