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(xué)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(fù)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(xué)方法重新設(shè)計，成為一種強(qiáng)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(lǐng)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(dǎo)致了日益嚴(yán)重的塑料垃圾問題。這篇論文描述了該團(tuán)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(xué)特聘教授 Eugene Chen。資料來源：科羅拉多州立大學(xué)化學(xué)系
該項目由科羅拉多州立大學(xué)化學(xué)系特聘教授 Eugene Chen 領(lǐng)導(dǎo)。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(xué)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(dāng)?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(xué)方法重新設(shè)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(qiáng)的粘附性。經(jīng)過重新設(shè)計的 P3HB 的粘附強(qiáng)度還可以進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。
Chen的研究小組的更大目標(biāo)是提高和擴(kuò)大我們應(yīng)對全球塑料污染危機(jī)的能力，而這些研究成果正是該目標(biāo)的一部分。他的團(tuán)隊參與了許多開發(fā)化學(xué)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(rèn)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(chǔ)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(qiáng)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(xué)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(yīng)用?！?/span>
“我知道數(shù)據(jù)支持它比其他選擇更強(qiáng)，但我感到震驚的是，我們能夠證明它遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(kuò)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(xué)的研究小組現(xiàn)在將開始研究如何將這種聚合物廣泛應(yīng)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(tuán)隊進(jìn)行的分析已經(jīng)確定了我們可以改進(jìn)的關(guān)鍵領(lǐng)域，我們將繼續(xù)與BOTTLE聯(lián)盟合作，努力擴(kuò)大規(guī)模?！?/span>
科羅拉多州立大學(xué)和NREL所做的工作得到了能源部BOTTLE聯(lián)盟的支持。
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