科学家发现可快速降解的生物塑料CDA

二醋酸纤维素泡沫在海水中浸泡 36 周前后的并排显微图像。 研究小组发现，二醋酸纤维素泡沫的原始质量减少了 65-70%。资料来源：@伍兹霍尔海洋学研究所，布莱恩-詹姆斯

伍德霍尔海洋学研究所（WHOI）的研究人员多年来一直在调查哪些类型的塑料在海洋中的寿命最短和最长，以及哪些类型的塑料制品（如吸管和食品包装袋）最容易造成塑料污染。 随着更多生物可降解材料的开发，如二醋酸纤维素（CDA）--一种从木浆中提取的类似塑料的聚合物--研究人员正在努力确保它们能够取代传统塑料，同时不破坏海洋生态系统。

经过多年的测试，一种新的 CDA 被发现是在海水中降解最快的生物塑料材料。 此外，它还是其他泡沫塑料材料（如泡沫塑料）的理想替代品，因为泡沫塑料可在环境中存留多年。 在今天（10月17日）发表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering的一篇新论文中，WHOI的科学家布莱恩-詹姆斯（Bryan James）、科林-沃德（Collin Ward）、克里斯-雷迪（Chris Reddy）、孙彦辰（Yanchen Sun）和卡利-佩特（Kali Pate）发现，在CDA材料中加入小孔（即发泡）可使其降解速度比固体CDA快15倍，甚至超过纸张。

"这项研究最让我兴奋的是它的转化性。 这项研究的资深作者沃德说："这项研究是多年研究的结晶，研究的重点是了解CDA在海洋中生物降解的基本控制因素。 我们将基础知识转化为一种新材料的设计，这种材料既能满足消费者的需求，又能在海洋中降解，其降解速度比我们所知的任何其他塑料材料都快，甚至比纸还快。 "沃德补充说："在一个通常只关注塑料污染的负面影响，而不致力于解决问题的领域，这是一个伟大的成功故事。"他和WHOI团队与生物塑料制造公司Eastman的科学家们合作，后者为这项研究提供了资金、共同作者和材料。

这项研究包括在世界卫生组织工业研究所（WHOI）一个专门设计的实验室中，对来自玛莎葡萄园湾（Martha's Vineyard Sound）的一箱连续流动的海水中的发泡CDA和固体CDA进行监测。 研究人员还控制温度、光照和其他环境变量，以模拟自然海洋环境。

"使用连续流动的海水罐，我们能够将微生物活跃的海洋动态带入实验室。" 主要作者詹姆斯解释说："海洋在不断变化，我们必须通过补充微生物和养分来复制这种环境，使实验更符合环境实际情况。 研究小组发现，36周后，CDA泡沫的质量下降了65-70%。"

在上一项研究 中，研究人员使用他们的动态海水罐测试了由标准塑料、纸张、固体CDA和泡沫CDA制成的吸管，发现固体CDA和纸张吸管的质量减少得最快。 科学家们随后比较了两种由 CDA 制成的吸管，一种由固体 CDA 制成，另一种由泡沫 CDA 制成，结果发现泡沫吸管的降解速度比固体吸管快 190%，因此预计的环境寿命比纸质吸管短。

詹姆斯说："作为一名材料科学家和工程师，能够证明泡沫材料的高效性是令人兴奋的，这意味着它们可以使用尽可能少的材料来实现功能，从而降低成本并减少对环境的影响。此外，当泡沫由可生物降解塑料制成时，它们可以成为持久性最低的材料之一。"

研究报告的作者表示，替代发泡塑料和一次性塑料（如经常渗漏到海洋中且不可生物降解的外卖容器）是这种材料最迫切的用途之一。 发泡CDA产品已经进入市场，Eastman公司推出了 一种由发泡CDA制成的可堆肥轻质托盘，旨在取代现有工业食品包装中使用的塑料托盘。

伊士曼公司企业创新副总裁杰夫-卡贝克（Jeff Carbeck）说："行业与学术界之间的合作对于加快解决最紧迫的全球挑战至关重要，学术界可以提供独特的见解，而行业合作伙伴则可以利用这些见解来开发大规模的解决方案。这就是我们与WHOI的合作方式；他们极大地拓宽了我们对我们的商业和研发材料如何降解的理解。"

Carbeck强调说，这项研究证明了CDA泡沫在帮助应对一次性塑料包装挑战方面所具有的潜力。"泡沫的特性使其成为许多包装和绝缘应用的理想选择，这项研究表明，由可生物降解材料制成的泡沫在海洋环境中会迅速降解，如果它们不小心进入海洋环境的话。 在消费品中采用可生物降解材料是保护环境、减少塑料污染和促进子孙后代可持续发展的关键一步。"

"与行业合作伙伴合作的优势之一是，我们可以确保新技术的可扩展性。" Ward 解释说："设计新材料的标准之一是，它必须是苯乙烯泡沫塑料产品的直接替代品，这意味着将原料 CDA 转化为可生物降解泡沫塑料的公司无需投资新设备。推广不使用化石燃料、可堆肥、不会在环境中造成持久污染的新型塑料，对消费者和环境来说都是一种双赢"。

编译自/SciTechDaily