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塑料加橡胶,新型环保材料有望替代传统食品包装
时间:2019-04-30 14:48:49来源:Ohio State University
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提要:将塑料和橡胶混合制成的新型塑料不仅环境友好,还能达到一定的柔韧性和强度,有望在食品包装等方面实现应用。

  既要避免塑料进入垃圾填埋场,同时又要满足食品行业的需求,这的确困难重重。

  生物降解材料必须符合各种标准,才能被用来替代以石油为原料的制品。到目前为止,由于加工工艺和经济成本等方面的限制,研究者们从可再生资源中寻找可用的塑料替代品的尝试收效甚微。其中一个困难就是,目前所有实验产品都过于脆弱,无法应用于食品包装。

  俄亥俄州立大学(Ohio State University)的一项新研究以全新的方式将天然橡胶与生物塑料结合,研制出一种强度更高的塑料替代品。这一研发成果有望减少对环境的不利影响,因此已经引起了一些公司的兴趣。

  几乎所有的塑料(大约90%)都以石油为原料,且不能生物降解,这无疑是一个重大的环境问题。

  在一项近期发表在《聚合物》(Polymers)杂志上的研究中,来自俄亥俄州立大学的研究团队报告,他们成功地通过微生物发酵获得了韧度增强的橡胶产品,其表现与传统塑料相当。业内的科学家们表示,这项最新的研究体现了迄今为止在这一领域取得的最大成功。

  “之前的尝试都没有成功,因为橡胶过于柔软,这意味着产品在加工过程中会损失大量强度,”文章的第一作者赵晓颖(音,Xiaoying Zhao)说,她是俄亥俄州立大学食品科学与技术系的博士后研究员。

  这项新研究将橡胶与一种名为 PHBV 的植物热塑性塑料融合在一起,并添加有机过氧化物和一种名为三甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)的添加剂。最终的产品比 PHBV 本身强度高 75%,柔韧性高 100%,这意味着它更容易被塑型成食品包装。

  该研究的资深作者、俄亥俄州立大学食品科学与技术教授雅儿·沃多沃兹(Yael Vodovotz)介绍,其他研究团队也曾将橡胶和 PHBV 结合,但这些产品太过脆弱,无法满足食品包装的所有要求,包括适用于加工、运输、商店和家庭处理,尤其是无法用作先冷冻后微波加热的包装,

  她说,在不明显降低强度的前提下增加柔韧性,这对塑料薄膜来说尤为重要,特别当它用于包装从新鲜农产品到冷冻食品的各种食品。

  其他一些研究也尝试制作这类橡胶增强生物塑料,却将 PHBV 的强度降低了 80%,而在这项研究中强度只减少了 30%,这个强度(在食品包装应用中)更容易操控,赵说道。

  材料的韧性(toughness)也得到了改善,这个概念与强度(strength)不同,本文的共同作者卡特里娜·科尼什(Katrina Cornish)解释道,她是天然橡胶专家,俄亥俄州立大学园艺学和作物科学教授。

  “想象一下,你试图用手把一块混凝土拉开,这是在测试它的强度;但空手道中用手或脚劈混凝土则是在测试它的韧性,即它多么容易断裂,”科尼什说道,“你永远无法把它拉开,但如果你足够强壮,就可以把它打碎。”

  目前研究人员关注的焦点是使用各种生物可降解材料的可能性,这些材料将作为填充物进一步增强现有的混合物。他们讨论过使用同事从咖啡渣中提取油后留下的“渣饼”,甚至番茄皮和蛋壳也在考虑之中。

  “我们想利用一些原本会被丢弃的东西,它们既可持续又相对便宜,”沃多沃茨说道。

  他们甚至研究了环保人士从水道中捞出的侵入性草类,看看将它与橡胶混合物结合后可能产生怎样的效果,以寻求同时解决两个环境问题的可能性。“我们可以把这些草弄干磨碎,然后可能把它们用作纤维填料,”沃多沃兹说道。

  除了食品包装,生物塑料还可能用于其它与食品相关的产品,例如餐具和砧板等。研究人员正在寻求与食品科学专业以外的同事合作,拓展产品的其它应用,例如制成建筑材料,餐饮服务人员的工作手套,或汽车和飞机零部件等。

  沃多沃兹说,随着该团队将技术从实验室转化到食品行业,他们将会根据公司的优先级和关注点来解决许多细节问题,这可能意味着要对混合物进行调整。

  “随着我们与食品制造商的合作越来越紧密,我们的潜在合作伙伴正提出一些具体的问题。为了满足他们的需求,我们必须非常谨慎地选择制作过程中使用的材料,因为他们有非常具体的参数要求,”沃多沃兹说道。

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塑料 橡胶 新型 环保 材料 有望 替代 传统 食品包装

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