由耶鲁环境学院的袁媛教授和马里兰大学的胡良兵领导的科研团队,通过木材副产品创造了一种高质量的生物塑料,他们希望这能解决世界上一个最紧迫的环境问题。
从石化塑料转向可再生和可生物降解塑料的努力已被证明是棘手的——生产过程可能需要有毒化学品且成本高昂,机械强度和水稳定性往往不足。但研究人员使用木材副产品取得了突破,显示出生产更耐用和可持续生物塑料的潜力。
发表在《自然可持续发展》上的一项研究,由耶鲁环境学院(YSE)工业生态与可持续系统助理教授袁媛共同撰写,概述了将天然木材的多孔矩阵分解成浆液的过程。研究人员表示,由此产生的材料显示出高机械强度、液体保持稳定性以及紫外线抗性。它还可以在自然环境中回收或安全生物降解,与基于石油的塑料和其他可生物降解塑料相比,其生命周期环境影响较低。
为了创造浆液混合物,研究人员使用了木粉——一种通常在锯木厂作为废物丢弃的加工残留物——并通过可生物降解和可回收的深共晶溶剂(DES)分解了粉末的松散多孔结构。由此产生的混合物具有纳米尺度的缠结和再生木质素与纤维素微/纳米纤维之间的氢键,具有高固体含量和高粘度,可以铸造和滚动而不破裂。
袁媛随后领导了一项全面的生命周期评估,以测试生物塑料与常见塑料的环境影响。生物塑料片被埋在土壤中,两周后开始断裂,三个月后完全降解;此外,研究人员表示,生物塑料可以通过机械搅拌重新分解成浆液,这也允许DES的回收和再利用。
这种生物塑料有多种应用,马里兰大学材料创新中心教授、论文合著者胡良兵表示。它可以被模制成可用于塑料袋和包装的薄膜——这是塑料的主要用途之一,也是废物产生的主要原因。胡良兵还说,由于生物塑料可以被模制成不同的形状,它也有潜力用于汽车制造。
研究团队继续研究的一个领域是,如果这种生物塑料的制造规模扩大,对森林的潜在影响。虽然该过程目前使用制造中的木材副产品,但研究人员表示,他们敏锐地意识到大规模生产可能需要大量木材,这可能对森林、土地管理、生态系统和气候变化等方面产生深远影响。