生物基可降解"超級膠水" , 有望替代現(xiàn)有市售產(chǎn)品
2025-01-23
近日，科羅拉多州立大學的研究人員和他們的合作伙伴已經(jīng)開發(fā)出一種粘合劑聚合物，它比目前市售的聚合物更堅固，同時還可以生物降解和重復使用。發(fā)表在《Science》雜志上的這一發(fā)現(xiàn)表明，常見的天然聚合物P3HB可以通過化學方法重新設計，成為一種強大而可持續(xù)的粘結(jié)劑。
粘合劑通常用于汽車、包裝、電子、太陽能電池和建筑等許多領域。它們共同構(gòu)成了一個價值約500億美元的產(chǎn)業(yè)，支撐著我們的大部分現(xiàn)代生活，但也導致了日益嚴重的塑料垃圾問題。這篇論文描述了該團隊利用實驗、仿真和過程建模來開發(fā)替代聚合物的工作。生物降解料
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大學特聘教授 Eugene Chen。資料來源：科羅拉多州立大學化學系
該項目由科羅拉多州立大學化學系特聘教授 Eugene Chen 領導。論文的其他合作者包括美國國家可再生能源實驗室的 Gregg Beckham 和加州大學伯克利分校的 Ting Xu 教授及其研究小組的研究人員。生料降解料廠家
Chen說，聚（3-羥基丁酸）或 P3HB 是一種天然、生物基和可生物降解的聚合物，可在適當?shù)纳飾l件下由微生物生產(chǎn)。雖然這種聚合物以這種方式制成時并不具有粘附性，但他的實驗室能夠通過化學方法重新設計其結(jié)構(gòu)，使其在鋁材、玻璃和木材等各種基材或表面上使用時，具有比普通石油衍生、不可生物降解的選擇更強的粘附性。經(jīng)過重新設計的 P3HB 的粘附強度還可以進行調(diào)整，以適應不同的應用需求。
Chen的研究小組的更大目標是提高和擴大我們應對全球塑料污染危機的能力，而這些研究成果正是該目標的一部分。他的團隊參與了許多開發(fā)化學可回收、可生物降解以及總體上更可持續(xù)的塑料材料替代品的工作。他說，雖然許多人從本質(zhì)上認識到一次性水瓶所帶來的生命周期問題，但粘合劑帶來的問題更令人生畏，潛在的解決方案卻更少。
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他說：“以石油為基礎的熱固性粘合劑，如Gorilla Glue和J-B Weld，以及熱塑性熱熔膠，很難甚至不可能回收或回收，主要是因為它們與其他材料的牢固結(jié)合。相反，我們的方法提供了一種可生物降解的材料，可用于各種行業(yè)，與這些選擇相比，強度可調(diào)甚至更高。”生料降解料批發(fā)
Ethan Quinn是科羅拉多州立大學的博士生，與博士后研究員Zhen Zhang共同撰寫了這篇論文。“我們開發(fā)了一種P3HB膠棒樣品，并能夠?qū)⑵渑c市售膠槍一起使用，以測試其在鋼板上密封紙箱和其他性能的應用?！?/span>
“我知道數(shù)據(jù)支持它比其他選擇更強，但我感到震驚的是，我們能夠證明它遠遠優(yōu)于典型的熱熔膠選擇——與現(xiàn)有的15磅粘合劑相比，它可以保持20磅的重量。”
可生物降解的 sr-P3HB 粘合劑粘在兩塊鋼板之間，即使承受 20 磅的重量也不會失效或斷裂。
Chen說，P3HB在各種情況下都是可生物降解的，包括有管理和無管理的環(huán)境。這意味著它可以在垃圾填埋場中自然生物降解，就像在咸水或土壤中一樣。這擴大了在材料生命周期結(jié)束時處理材料的可能選擇范圍。P3HB膠粘劑還可以回收、再加工和再利用。
科羅拉多州立大學的研究小組現(xiàn)在將開始研究如何將這種聚合物廣泛應用于商業(yè)。
Chen說：“我們正在研究兩種不同的方法，旨在大規(guī)模生產(chǎn)，包括降低總成本和環(huán)境影響的方法。”NREL團隊進行的分析已經(jīng)確定了我們可以改進的關(guān)鍵領域，我們將繼續(xù)與BOTTLE聯(lián)盟合作，努力擴大規(guī)模?！?/span>
科羅拉多州立大學和NREL所做的工作得到了能源部BOTTLE聯(lián)盟的支持。
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