新材速递:研究人员开发了具有类似于聚乙烯的热塑性特性的新型可生物降解塑料

聚乙烯具有许多优点,但生物降解性不是其中之一。一组研究人员现在已经开发出一种塑料,它具有与聚乙烯相似的热塑性,但也是可生物降解的。所讨论的材料是一种半结晶聚酯,使用温和的化学或生物过程完全分解为其起始材料,正如该团队在发表在Angewandte Chemie International Edition杂志上的研究中解释的那样。

高密度聚乙烯HDPE)是一种特别坚固耐用的材料。它的热塑性归功于其分子链的内部结构,分子链以晶体方式排列,由于范德华力而增加了吸引力。分子链也是纯碳氢化合物。结晶度和碳氢化合物含量的结合意味着可能能够降解塑料的微生物无法进入链条来分解它们。

德国康斯坦茨大学的Stefan Mecking及其同事的研究小组现在已经开发出一种聚酯,其结晶度与HDPE相似,并且还保留了其有益的机械性能。与聚乙烯不同,聚酯还含有理论上可以通过化学或酶降解的官能团。然而,在正常情况下,聚酯的结晶性越强(即与HDPE越相似),它就越不容易被生物降解。

因此,该团队对他们的结晶聚酯在暴露于酶时降解的速度感到惊讶是可以理解的。“我们用天然存在的酶测试了降解,它比我们的参考材料快一个数量级,”Mecking解释说。降解材料的不仅仅是酶溶液:土壤微生物也能够完全堆肥聚酯。

但是,是什么让这种聚酯如此具有非凡的生物降解性呢?该团队能够确定乙二醇的重要贡献,乙二醇是聚酯的组成部分之一。Mecking补充说:“这种构建块实际上在聚酯中非常常见。它给你一个高熔点,但它也增加了这些聚乙烯类材料的降解性。

由于其良好的化学和生物降解性,以及其机械性能,这种新型聚酯可以作为可回收的热塑性材料应用,对环境的影响最小。Mecking补充说,最终目标是闭环化学回收,将塑料分解成原材料并生产新的塑料。该团队塑料的另一个好处是,如果任何材料进入环境,尽管有这个闭环,它们可以生物降解并且不会留下持久的影响。



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