超强胶可以转化为可回收、低成本、无油的塑料替代品——方法如下

Colourful plastic forks on an orange bowl.
Polystyrene is one of the most widely produced and least recycled types of plastic.Image: Pexels/Tara Winstead
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  • 美国研究人员开发出一种低成本、可回收的塑料替代品,它以超强胶作为起始原料。

  • 他们在数日之内生产出多达10磅的这种材料,并将其制成餐具和碗等可用产品。

  • 他们表示,这些产品可以轻松回收。

  • 寻找聚苯乙烯的替代品是迈向可持续塑料的重要一步,但聚苯乙烯只是当今使用的数千种塑料之一。

研究简报是一篇关于有趣学术研究的简短解读。

核心理念

我们的团队以超强胶为起始原料,开发出一种低成本、可回收且易于生产的透明塑料,称为聚乙基氰基丙烯酸酯。其性能与用于一次性产品(如餐具、杯子和包装)的塑料相似。与大多数传统塑料不同,这种新型塑料即使与未清洗的城市塑料废弃物混合,也可以轻松转化回其起始原料。

要用超强胶制造塑料,我们首先必须解决让超强胶如此“超强”的问题——它几乎能粘住任何东西。使用超强胶粘合物体时,它实际上正与待粘合物体表面或空气中的水分发生反应。这一反应会形成由重复的超强胶单元组成的分子链,称为聚合物。粘合时形成的聚合物较短,彼此之间结合不牢,这使胶水变脆、容易断裂。

虽然短聚合物适合用作胶水,但长聚合物具有更多的结合位点,并且可形成更坚固的材料。我们的团队意识到,如果能够制造出由超强胶制成的同类聚合物的更长版本,或许就能生产出一种坚固的塑料。

新型塑料是通过拉长构成超强胶的分子链制成的。Image: Allison Christy,CC BY-ND。

与其他类型塑料的制造方式相比,我们制造这些塑料的方法相对简单——其他类型塑料的制造方式——我们只需将丙酮和少量环保催化剂混入市售超强胶中。该混合物干燥后,会形成由长聚合物链构成的坚硬、玻璃状塑料。

瑞士科学家利用植物废料制造新型塑料
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在我们的实验室中,我们可以轻松地在数日之内生产多达10磅的这种材料,并将其制成可用产品。在混合物干燥前将其倒入模具中,我们就能制造出多种形状的塑料物品,如碗和餐具。我们还发现,塑料干燥后加热不仅可以将材料塑造成其他产品,还能增强塑料的强度。

新型超强胶塑料比用于制造许多一次性物品(如餐具)的塑料更易于回收。Image: Allison Christy,CC BY-ND。

重要意义

当制造商需要生产坚硬的塑料物品(如餐具、一次性剃须刀、CD盒或塑料模型)时,他们通常会选择聚苯乙烯。聚苯乙烯是产量最大、回收率最低的塑料类型之一产量最大、回收率最低的塑料类型之一。

由于我们的超强胶塑料具有与聚苯乙烯相似的特性——它轻便、耐用、价格低廉且易于大规模生产——因此它可以在许多产品中替代聚苯乙烯。但我们这种基于超强胶的材料具有两大显著优势:它不是由石油制成,并且易于回收。

当我们的材料被加热至410华氏度(210摄氏度)时,由重复超强胶单元构成的长分子链会断裂成一个个单独的超强胶分子。此时,超强胶分子会转化为蒸汽,便于从由其他塑料、纸张、食物残渣、铝和其他废弃物组成的混合废物流中分离出来,这些废弃物通常见于回收废物流中。收集超强胶蒸汽后,您可以将其冷却,并以超过90%的效率将其重新转化为我们的新型塑料。

超强胶塑料可以被塑造或模压成复杂的设计。Image: Allison Christy,CC BY-ND。

下一步是什么?

由于超强胶价格低廉且已实现工业化规模生产,我们认为该超强胶塑料的制造方法应易于规模化推广。最后,用于生产超强胶的机械设备也可用于回收超强胶塑料,并可简单地改装到现有的工业流程中。

寻找聚苯乙烯的替代品是迈向可持续塑料的重要一步,但聚苯乙烯只是当今使用的数千种塑料之一。我们的团队目前正在设计基于超强胶的塑料,其性能与其他常见大宗塑料相似,同时仍然易于生产和回收。

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