日本用传统纸与塑胶做出高强度的可降解材料

2024年06月19日科技
【新唐人北京时间2024年06月19日讯】化石塑胶材料大多无法回收或销毁,因此可分解的材料就成为许多人的期望。日本的一所大学将日本的传统和纸加入特殊塑胶,使其成为耐用和易生物降解的材料。
这种日本传统纸张是一种名为“和纸”(Washi)的纸,用来自甘皮树、桑树或构树内皮的纤维手工制成,因纤维较长使它通常比木浆制成的普通纸更坚韧。
数百年来日本把和纸用于书籍装订、艺术、家具和建筑上,甚至神道祭司和佛像的法衣和仪式物品也会采用,人们还能在一些折纸、书法和浮世绘等传统艺术上看到它的身影。
和纸本身拥有薄、柔韧且杂质含量低的特性,使其可保存超过1000年。再加上它本身的操作性高,可以用水分分离纤维,因此被用于修复世界各地的博物馆和图书馆(例如,法国如罗浮宫和梵蒂冈的博物馆)的那些具有历史价值的绘画、书籍和其它艺术品。
日本的东北大学(Tohoku University)研究团队将目光放到和纸(Washi)上。他们将聚丁二酸丁二醇酯塑胶(PBS)与和纸合成,产生强度更高、生物降解性更好的材料。该研究成果于5月9日发表在《复合材料A部分:应用科学与制造》杂志。
东北大学环境研究生院副教授栗田博树(Hiroki Kurita)团队选用的PBS是一种热塑性半结晶塑胶,拥有优良的机械性质和加工性能,且还有高度的生物降解性质。另外,他们选用和纸不仅是因为其韧性强,还因它的产量和用量不断降低,他们希望藉此找到更多关于和纸的应用。
他们先是请宫城县一家和纸工坊的工匠帮他们生产,之后将三层和纸和两层PBS塑胶薄膜进行交叠组合,在通过150℃热压的方式使其形成一张纸,并挤出多馀的PBS塑胶。这种堆叠方式,就像三明治的面包的中间包着馅料一样。
经过多次实验,他们发现该材料比纯和纸、纯PBS塑胶都要有更强的机械强度和极限拉伸强度。它极限拉伸强度比纯和纸(36.85 MPa)增强60%以上,达到惊人的59.85 MPa。
实验人员使用扫描式电子显微镜和光学显微镜观察发现,原本和纸中的纤维与纤维间有很大的空间,但PBS塑胶就像胶水一样填充这些空间,并与纤维产生强大的内部摩擦力,有效地固定了这些纤维,能够防止纤维位移和断裂。
另外,他们将这种复合材料放置在堆肥中,进行为期57天的实验。结果显示,降解速度要比单纯的PBS塑胶快,且在堆肥中静置35天后,其生物降解率达到惊人的82%。放置2周后,新型材料就变得极其脆弱;放置6周后,基本与堆肥内的物质混为一体。
该论文的合着者、东北大学环境研究生院副教授栗田博树(Hiroki Kurita)对该校新闻室表示,“我们用和纸创造了一种可分解的复合材料,它本身源自植物纤维,进一步改善了其性能,同时仍然保持了其古典美感。”
实验人员则表示,这种基于和纸的复合材料拥有快速生物降解和良好的机械强度,有望用于包装、家具和农业应用上。另外,栗田副教授相信,这次实验能够提高生物降解测试的标准,并为未来可生物降解复合材料的研究提供蓝图。
(转自大纪元/责任编辑:叶萍)