塑料加橡膠，新型環保材料有望替代傳統食品包裝
將塑料和橡膠混合製成的新型塑料不僅環境友好，還能達到一定的柔韌性和強度，有望在食品包裝等方面實現應用。
俄亥俄州立大學的研究人員設計的新型材料是生物塑料和橡膠的混合物，比生物塑料本身更耐用。圖片來源：俄亥俄州立大學
來源 Ohio State University
翻譯 頁一
審校 阿金、劉悅晨
編輯 戚譯引
既要避免塑料進入垃圾填埋場，同時又要滿足食品行業的需求，這的確困難重重。
生物降解材料必須符合各種標準，才能被用來替代以石油為原料的製品。到目前為止，由於加工工藝和經濟成本等方面的限制，研究者們從可再生資源中尋找可用的塑料替代品的嘗試收效甚微。其中一個困難就是，目前所有實驗產品都過於脆弱，無法應用於食品包裝。
俄亥俄州立大學（Ohio State University）的一項新研究以全新的方式將天然橡膠與生物塑料結合，研製出一種強度更高的塑料替代品。這一研發成果有望減少對環境的不利影響，因此已經引起了一些公司的興趣。
幾乎所有的塑料（大約90%）都以石油為原料，且不能生物降解，這無疑是一個重大的環境問題。
在一項近期發表在《聚合物》（Polymers）雜誌上的研究中，來自俄亥俄州立大學的研究團隊報告，他們成功地通過微生物發酵獲得了韌度增強的橡膠產品，其表現與傳統塑料相當。業內的科學家們表示，這項最新的研究體現了迄今為止在這一領域取得的最大成功。
「之前的嘗試都沒有成功，因為橡膠過於柔軟，這意味著產品在加工過程中會損失大量強度，」文章的第一作者趙曉穎（音，Xiaoying Zhao）說，她是俄亥俄州立大學食品科學與技術系的博士後研究員。
這項新研究將橡膠與一種名為 PHBV 的植物熱塑性塑料融合在一起，並添加有機過氧化物和一種名為三甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）的添加劑。最終的產品比 PHBV 本身強度高 75%，柔韌性高 100%，這意味著它更容易被塑型成食品包裝。
該研究的資深作者、俄亥俄州立大學食品科學與技術教授雅兒·沃多沃茲（Yael Vodovotz）介紹，其他研究團隊也曾將橡膠和 PHBV 結合，但這些產品太過脆弱，無法滿足食品包裝的所有要求，包括適用於加工、運輸、商店和家庭處理，尤其是無法用作先冷凍後微波加熱的包裝，
她說，在不明顯降低強度的前提下增加柔韌性，這對塑料薄膜來說尤為重要，特別當它用於包裝從新鮮農產品到冷凍食品的各種食品。
其他一些研究也嘗試製作這類橡膠增強生物塑料，卻將 PHBV 的強度降低了 80%，而在這項研究中強度只減少了 30%，這個強度（在食品包裝應用中）更容易操控，趙說道。
材料的韌性（toughness）也得到了改善，這個概念與強度（strength）不同，本文的共同作者卡特里娜·科尼什（Katrina Cornish）解釋道，她是天然橡膠專家，俄亥俄州立大學園藝學和作物科學教授。
「想像一下，你試圖用手把一塊混凝土拉開，這是在測試它的強度；但空手道中用手或腳劈混凝土則是在測試它的韌性，即它多麼容易斷裂，」科尼什說道，「你永遠無法把它拉開，但如果你足夠強壯，就可以把它打碎。」
目前研究人員關注的焦點是使用各種生物可降解材料的可能性，這些材料將作為填充物進一步增強現有的混合物。他們討論過使用同事從咖啡渣中提取油後留下的「渣餅」，甚至番茄皮和蛋殼也在考慮之中。
「我們想利用一些原本會被丟棄的東西，它們既可持續又相對便宜，」沃多沃茨說道。
他們甚至研究了環保人士從水道中撈出的侵入性草類，看看將它與橡膠混合物結合後可能產生怎樣的效果，以尋求同時解決兩個環境問題的可能性。「我們可以把這些草弄乾磨碎，然後可能把它們用作纖維填料，」沃多沃茲說道。
除了食品包裝，生物塑料還可能用於其它與食品相關的產品，例如餐具和砧板等。研究人員正在尋求與食品科學專業以外的同事合作，拓展產品的其它應用，例如製成建築材料，餐飲服務人員的工作手套，或汽車和飛機零部件等。
沃多沃茲說，隨著該團隊將技術從實驗室轉化到食品行業，他們將會根據公司的優先順序和關注點來解決許多細節問題，這可能意味著要對混合物進行調整。
「隨著我們與食品製造商的合作越來越緊密，我們的潛在合作夥伴正提出一些具體的問題。為了滿足他們的需求，我們必須非常謹慎地選擇製作過程中使用的材料，因為他們有非常具體的參數要求，」沃多沃茲說道。
TAG:科研圈 |