塑料自动分类 可自动消失的塑料

创新发明

近日，英国苏塞克斯大学的Lucy Hughes发明的由有机鱼废弃物制成的生物可降解一次性塑料——MarinaTex在全球数千参赛作品中突出重围，最终获得2019年戴森设计大奖国际冠军的殊荣。

MarinaTex是一次性塑料的生物可降解替代品，由有机鱼废弃物和取源于当地的红藻制成。它具有和塑料一样的外形和触感，相比石油加工制造而成的塑料具有更结实、更安全及可持续的特点。MarinaTex使用红藻结合从鱼废弃物中提取的蛋白质的独特配方，从而达到很高的连结强度和弹性。它在家即可降解，也就是说在4~6周内它就能在家用食物垃圾中分解，且不需要特定的垃圾管理基础设施来处理。MarinaTex的原材料源于水产捕捞业的副产品，有助于减少现有的资源浪费,实现有机资源循环利用。Lucy表示，仅一条大西洋鳕鱼便可以制造出1400个MarinaTex塑料袋。

水产加工业的废弃物包括内脏、血液、甲壳、贝壳、鱼皮、鱼鳞等，这些废弃物最终会被填埋，产生大量浪费。通过广泛的研究，Lucy发现鱼皮和鱼鳞具有坚固、灵活的蛋白质结构，非常适合用于生物塑料的生产。

为了使这些蛋白质结构能够相互连接以创建一种全新的材料，Lucy着手寻找一种有机黏合剂。为减少运输成本，她将目光投向了本地的海岸线，在进行了多次海生有机物作为黏合剂的可行性实验后，最终选择了琼脂。

琼脂是从某些红藻的细胞壁中提取的多糖体，由琼脂糖(Agarose)及琼脂果胶(Agaropectin)构成。作为胶凝剂的琼脂糖具有双螺旋结构，从而形成了非常适合捕获水分子并充当蛋白质的3D支架。

为了不断完善实验材料及过程，她前后进行了100多次实验，其中大部分实验是在寝室厨房的炉灶上完成。最终，她研发出一种与塑料类似但能实现生物降解,透明且坚固的材料——MarinaTex。

关于对可降解塑料的研发，许多科学家都在进行不断的实验。如何解决塑料带来的白色垃圾问题，也是各个塑料企业关注的首要课题。在这个问题上，耀隆化工也在尽自己的一份力，提供一种可行的方案。

有机磷酸锆／聚乳酸纳米复合材料

采用氟化氢(HF)沉淀法得到高结晶度，晶相单一的磷酸锆(α-ZrP)。然后通过甲胺(MA)进行预插层，再利用十八烷基三甲基氯化铵进一步对预插层产物进行有机改性从而制得有机磷酸锆(OZrP)。以OZrP为增强剂通过溶液插层法制备有机磷酸锆／聚乳酸(OZrP/PLA)纳米复合材料。对OZrP/PLA纳米复合材料的力学性能、热稳定性、热老化性能及降解性进行了研究，通过x射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对磷酸锆改性前后的微观结构进行了表征。

结果表明：当有机磷酸锆的用量为3份时，复合材料的托伸强度达到最大值37.85 MPa；OZrP的加入使PLA复合材料的耐热老化性和热稳定性能得到了提高；OZrP的加入加快了PLA的降解；微观结构表征分析表明，磷酸锆经过甲胺预插层及十八烷基三甲基氯化铵插层改性实现了有机改性，层间距从0.76 nm扩大到3.77 nm，片层松散，结构发生明显变化，利于制备插层型结构的OZrP／PLA纳米复合材料。

有机磷酸锆／聚乳酸纳米复合材料

1、溶液环境中的降解性能的研究

上图是PLA及OZrP3／PLA纳米复合材料在不同环境中的降解曲线图。从图中可以看出，复合材料在0.01 mol/L NaOH溶液的降解最快，降解5 d后的失重率为94.527％，10 d后完全降解，远远高于纯PLA的降解速率；其次是在0.01 mol／L HCI溶液中降解，降解10 d后失重率达到2.985％，降解25 d后的失重率达到4.478％，高于纯PLA；复合材料在PBS溶液和蒸馏水中的降解失重率均高于纯PLA，这表明，OZrP的加入加快了PLA的降解速率。这主要是因为PLA是一种聚酯，其在生物介质中进行降解时．首先是小分子的水移至材料表面，然后扩散进入酯键或亲水基团的周围，在介质中酸碱的作用下，可促使酯键酸碱水解断裂，而ZrP具有较大的比表面积和吸附能力，层间有较多的羟基，可以大量吸附水分子使得PLA发生不均匀水解，可能会加快PLA的降解速率。从图中还可以看出在溶液降解过程中，前期的降解速率较快，随着降解时间的延长，降解速率趋缓，这主要是因为在早期，PLA分子链长，可被降解断裂的部位多，降解速度快，随着降解的继续进行，可被断裂的酯键越来越少，降解速度变慢。

2、紫外光环境中的降解性能研究

图3是PLA和OZrP3／PLA在波长为254nm紫外光降解图。PLA在紫外光中的降解是由于酯键的断裂引起的，而分子链上酯键的断裂是任意的，PLA每个酯键都可能被裂解。在早期，PLA分子链长，可被降解断裂的部位多，降解速度快。随着降解的继续进行，可被断裂的酯键越来越少，降解速度变慢。

从图3可以看出，在前24 h内纯PLA的降解失重率达2.314％，在相同的降解时间内OZrF3／PLA的降解失重率达到3.271％，随着降解时间的延长，降解速率趋缓。在降解60 h后，纯PLA的最终降解失重率达到了3.856％，OZrP3／PLA的降解失重率达到了4.673％，0ZrP3／PLA的降解失重率相对于PIA提高了21.18％，结果表明，OZrP的加入加快了PLA的降解。这主要是因为ZrP是一种光催化剂，加入后促进复合材料对紫外光的吸收，进而加快PLA在紫外光环境中的降解。

既有MarinaTex将可持续、本地化及可循环价值等概念融入设计之中,也有耀隆化工不断提供新的可降解塑料解决方案，这都代表着对选择创新材料的坚定承诺。相信在市场化需求上，这些创新的方案定能得到产业化应用。