以樹葉為靈感，生物塑料PLA添加纖維素，可生物降解，更加堅(jiān)固！
2025-09-11
華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種名為“層狀、生態(tài)、先進(jìn)且多功能薄膜”（LEAFF）的生物塑料材料。該團(tuán)隊(duì)以Joshua Yuan教授為核心，他同時(shí)擔(dān)任Lucy和Stanley Lopata夫婦教授、麥肯維工程學(xué)院能源、環(huán)境與化學(xué)工程系主任，以及碳利用生物制造重塑工程研究中心（CURB）主任，團(tuán)隊(duì)成員還包括其實(shí)驗(yàn)室的博士生Puneet Dhatt等。生物降解料
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LEAFF生物塑料包裝裝著一片蘋果。這種以發(fā)酵糖為基礎(chǔ)的塑料原型需要在高溫堆肥環(huán)境下才能降解，但華盛頓大學(xué)的工程師們研發(fā)出了這種包裝的新版本，它在室溫下就能降解為無害的有機(jī)物質(zhì)。
這項(xiàng)技術(shù)的靈感來源于常見的樹葉。在塑料出現(xiàn)之前，人類就常以樹葉包裹食物，而樹葉能輕易降解的特性，源于其內(nèi)部富含纖維素的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。研究人員由此得到啟發(fā)，決定將纖維素納米纖維引入生物塑料的設(shè)計(jì)中。生物降解料廠家
LEAFF生物塑料的基材是聚乳酸（PLA），這是一種常見的生物塑料。研究團(tuán)隊(duì)采用了獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，中間層為纖維素，兩側(cè)則是生物塑料，通過這種結(jié)構(gòu)組合形成了強(qiáng)度高且多功能的材料。
這種材料具備多種實(shí)用特性。它具有較高的拉伸強(qiáng)度，甚至超過了聚乙烯和聚丙烯等傳統(tǒng)石化塑料。同時(shí)，它還擁有低透氣性和低透水性，這有助于保持食品的穩(wěn)定性，適合作為食品包裝材料。此外，其表面可直接印刷，制造商無需為包裝單獨(dú)印制標(biāo)簽，能提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。
LEAFF生物塑料解決了現(xiàn)有生物塑料面臨的兩大主要問題。一方面，以往的生物塑料強(qiáng)度不如石化基塑料，而LEAFF憑借其特殊結(jié)構(gòu)，顯著提升了強(qiáng)度，滿足了實(shí)際應(yīng)用對(duì)材料強(qiáng)度的需求。另一方面，現(xiàn)有生物塑料通常只能在高溫堆肥系統(tǒng)中降解，而LEAFF在室溫下就能降解為無害的有機(jī)物質(zhì)，更符合環(huán)保要求，也降低了降解條件的限制。生物降解料批發(fā)
這幅插圖顯示了改進(jìn)的可生物降解生物塑料包裝的自然靈感，即葉子的纖維素結(jié)構(gòu)。
從市場(chǎng)前景來看，塑料包裝市場(chǎng)規(guī)模達(dá)235億美元，目前主要由聚乙烯和聚丙烯等石油制成的聚合物主導(dǎo)，但這些材料會(huì)分解成有害微塑料，存在環(huán)境污染問題。LEAFF生物塑料作為一種更環(huán)保且性能優(yōu)良的替代品，具有廣闊的應(yīng)用空間。
美國在生物塑料市場(chǎng)具有一定優(yōu)勢(shì)，其農(nóng)業(yè)系統(tǒng)發(fā)達(dá)，能以較低價(jià)格提供生物塑料生產(chǎn)所需的原料，如玉米或淀粉經(jīng)微生物發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸、醋酸鹽等化學(xué)品。華盛頓大學(xué)又位于美國農(nóng)業(yè)化學(xué)工業(yè)中心附近，這為技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化提供了便利條件。Joshua Yuan教授希望盡快擴(kuò)大這項(xiàng)技術(shù)的規(guī)模，并尋求商業(yè)和慈善合作伙伴，將改進(jìn)后的工藝應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。不過，亞洲和歐洲的研究機(jī)構(gòu)也在開發(fā)類似技術(shù)，未來市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)可能較為激烈。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到了另一種常見的生物塑料聚羥基丁酸酯（PHB）上，通過引入受樹葉啟發(fā)的纖維素納米纖維結(jié)構(gòu)變體，提高了其強(qiáng)度和生物降解性。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了利用惡臭假單胞菌等微生物菌株，將二氧化碳、木質(zhì)素和食品垃圾等廢棄物轉(zhuǎn)化為生物塑料的方法，完善了生物塑料生產(chǎn)的循環(huán)鏈條，這有助于降低生產(chǎn)成本，提高材料的可持續(xù)性，進(jìn)一步增強(qiáng)了該技術(shù)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。
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