В исследовании, опубликованном в журнале Nature Sustainability, в соавторстве с Юань Яо, доцентом кафедры промышленной экологии и устойчивых систем Йельской школы окружающей среды (YSE), описывается процесс преобразования пористой матрицы натурального дерева в суспензию. Исследователи говорят, что полученный материал демонстрирует высокую механическую прочность, стабильность при удерживании жидкостей и стойкость к ультрафиолетовому излучению. Его также можно перерабатывать или безопасно биоразлагать в естественной среде, и он оказывает меньшее воздействие на окружающую среду в течение всего жизненного цикла по сравнению с пластмассами на нефтяной основе и другими биоразлагаемыми пластиками.
«Многие люди пытались разработать такие полимеры в пластике, но механические нити недостаточно хороши, чтобы заменить пластики, которые мы используем в настоящее время, которые в основном производятся из ископаемого топлива», – говорит Яо. «Мы разработали простой и простой производственный процесс, позволяющий производить пластмассы на основе биомассы из дерева, а также пластмассы, которые также обладают хорошими механическими свойствами."
Чтобы создать суспензионную смесь, исследователи использовали древесный порошок – отходы обработки, обычно выбрасываемые как отходы на лесопильных заводах – и разрушили рыхлую пористую структуру порошка с помощью биоразлагаемого и пригодного для повторного использования глубокого эвтектического растворителя (DES). Полученная смесь, которая имеет наноразмерное переплетение и водородные связи между регенерированным лигнином и микро / нанофибриллами целлюлозы, имеет высокое содержание твердых веществ и высокую вязкость, которые можно отливать и прокатывать без разрушения.
Затем Яо провел комплексную оценку жизненного цикла, чтобы проверить воздействие биопластика на окружающую среду по сравнению с обычным пластиком.
Листы биопласта были закопаны в почву, через две недели они трескались, а через три месяца полностью разрушались; Кроме того, исследователи говорят, что биопластик может быть снова разложен на суспензию путем механического перемешивания, что также позволяет извлекать и повторно использовать DES.
«Для меня это то, что действительно делает этот пластик хорошим: он может быть переработан или подвергнут биологическому разложению», – говорит Яо. "Мы свели к минимуму все материалы и отходы, попадающие в природу."
Биопластик имеет множество применений, – говорит Лянбинг Ху, профессор Центра инновационных материалов при Университете Мэриленда и соавтор статьи.
Из него можно превратить пленку, которую можно использовать в пластиковых пакетах и упаковке – одно из основных применений пластика и причина образования отходов. Ху также говорит, что, поскольку биопластику можно придавать различные формы, он также имеет потенциал для использования в автомобилестроении.
Одна из областей, которую продолжает изучать исследовательская группа, – это потенциальное воздействие на леса, если производство этого биопластика будет увеличено. Хотя в настоящее время в этом процессе используются побочные продукты древесины в производстве, исследователи прекрасно понимают, что крупномасштабное производство может потребовать использования огромных объемов древесины, что может иметь далеко идущие последствия для лесов, землепользования, экосистем и изменения климата, чтобы назовите несколько.
Яо говорит, что исследовательская группа уже начала работать с лесным экологом над созданием имитационных моделей леса, связывающих цикл роста лесов с производственным процессом. Она также видит возможность сотрудничать с людьми, которые работают в лесных отраслях в YSE – необычное удобство.
«Нечасто инженер может пройти по коридору и поговорить с лесником», – говорит Яо.