新型可生物降解塑料可在您的后院堆肥

我们生活的几乎各个方面都使用塑料。这些材料制造成本低廉且非常稳定。当我们不再使用塑料制品时，问题就来了——它可以在环境中存留多年。随着时间的推移，塑料会分解成更小的碎片，称为微塑料，这可能会造成严重的环境和健康问题。

最好的解决方案是使用可生物降解的生物基塑料，但许多生物塑料并非设计用于在后院堆肥条件下降解。它们必须在商业堆肥设施中进行处理，而该国并非所有地区都能使用这些设施。

由华盛顿大学研究人员领导的一个团队开发出了新型生物塑料，其降解时间与后院堆肥箱中的香蕉皮相同。这些生物塑料完全由粉状蓝绿色蓝细菌细胞(也称为螺旋藻)制成。该团队利用热量和压力将螺旋藻粉末形成各种形状，这与制造传统塑料所用的加工技术相同。华盛顿大学团队的生物塑料具有与一次性石油衍生塑料相当的机械性能。

该团队于 6 月 20 日在《先进功能材料》上发表了这些发现。

华盛顿大学材料科学与工程系助理教授、资深作者Eleftheria Roumeli表示：“我们的动机是创造生物塑料，这种生物塑料既是生物衍生的，也是可在我们的后院生物降解的，同时也是可加工、可扩展和可回收的。” “我们仅使用螺旋藻开发的生物塑料，不仅具有与有机废物类似的降解特性，而且比之前报道的螺旋藻生物塑料的强度和硬度平均高出 10 倍。这些特性为螺旋藻的实际应用开辟了新的可能性各种行业中的塑料，包括一次性食品包装或家用塑料，例如瓶子或托盘。”

研究人员选择使用螺旋藻来制造生物塑料有几个原因。首先，它可以大规模种植，因为人们已经将它用于各种食品和化妆品。此外，螺旋藻细胞在生长时会吸收二氧化碳，使这种生物质成为碳中性或潜在碳负性的塑料原料。

“螺旋藻还具有独特的耐火特性，”主要作者、华盛顿大学材料科学与工程博士生Hareesh Iyer说。“当暴露在火中时，它会立即自熄，这与许多燃烧或熔化的传统塑料不同。这种耐火特性使螺旋藻基塑料在传统塑料因易燃性而可能不适合的应用中具有优势。一个例子是在数据中心使用塑料机架，因为用于保持服务器凉爽的系统可能会变得非常热。”

制造塑料产品通常涉及利用热量和压力将塑料塑造成所需形状的过程。华盛顿大学团队对生物塑料采取了类似的方法。

“这意味着，如果我们想在工业规模上使用我们的材料，我们就不必从头开始重新设计生产线，”鲁梅利说。“我们已经消除了实验室和扩大规模以满足工业需求之间的常见障碍之一。例如，许多生物塑料是由从海藻等生物质中提取的分子制成的，并在流延成薄膜之前与性能改性剂混合.这个过程要求材料在铸造之前呈溶液形式，这是不可扩展的。”

其他研究人员已经使用螺旋藻来制造生物塑料，但华盛顿大学研究人员的生物塑料比以前的尝试更坚固、更坚硬。华盛顿大学团队通过改变加工条件(例如挤出机或热压机中的温度、压力和时间)并研究所得材料的结构特性(包括强度、刚度和韧性)来优化这些生物塑料的微观结构和粘合。

这些生物塑料还没有准备好大规模用于工业用途。例如，虽然这些材料很坚固，但它们仍然相当脆。另一个挑战是它们对水敏感。

“你不会希望这些材料被雨淋到的，”艾耶说。

该团队正在解决这些问题，并继续研究决定这些材料行为的基本原理。研究人员希望通过创造各种生物塑料来针对不同的情况进行设计。这与现有的各种石油基塑料类似。

新开发的材料也是可回收的。

“生物降解不是我们首选的报废方案，”鲁梅利说。“我们的螺旋藻生物塑料可以通过机械回收进行回收，这是很容易实现的。然而，人们并不经常回收塑料，因此我们的生物塑料在环境中快速降解是一个额外的好处。”