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科技前沿
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僅靠熱量和水一周內(nèi)完全分解 真正“可生物降解”塑料面世

來源： 科技日報
作者：南皮縣產(chǎn)學研科技成果轉(zhuǎn)化服務中心
日期： 2021-04-27
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可生物降解塑料一直被認為可幫助解決塑料污染問題，但今天大多數(shù)“可堆肥”塑料袋主要由聚乳酸（PLA）制成，在堆肥過程中并沒有分解，還會污染其他可回收塑料。不過，發(fā)表在21日的《自然》雜志上的最新研究稱，美國科學家們發(fā)明一種新工藝：僅用熱量和水，就可讓這些可堆肥的塑料更容易分解。
此前，加州大學伯克利分校材料科學與工程學教授徐婷及其研究小組發(fā)現(xiàn)一種可降解有毒的有機磷化學物質(zhì)的酶，還設計了一種稱之無規(guī)雜聚物或RHP的分子，這些分子包裹著酶，可在不限制酶自然韌性的情況下輕輕地將其結(jié)合在一起，保護酶不解體。RHP由4種類型的單體亞基組成，每種亞基都具有與特定酶表面的化學基團相互作用的化學性質(zhì)。它們在紫外光下會降解，并以小于塑料重量1％的濃度存在。
在此次研究中，研究團隊使用了類似的技術(shù)，在制作塑料時，他們將數(shù)十億個納米級的可食用聚酯的酶包裹在RHP中，再嵌入到塑料樹脂珠中。
研究發(fā)現(xiàn)，RHP包裹的酶不會改變塑料的特性。當暴露于熱和水時，這種酶會擺脫聚合物包裹材料，并分解塑料聚合物。塑料可以在170攝氏度左右的溫度下熔融并擠出成像普通聚酯塑料一樣的纖維。就PLA而言，酶會將其還原為乳酸，可“喂養(yǎng)”堆肥中的土壤微生物。而聚合物包裹材料也會降解。
對于PLA，研究人員使用了一種名為蛋白酶K的酶，這種酶可以將PLA咀嚼成乳酸分子；對于聚己內(nèi)酯（PCL），則使用了脂肪酶。這兩種酶價格低廉且易獲得。
要引發(fā)塑料降解，只需加入水和少量熱量即可。室溫下，80%的改性PLA纖維在一周內(nèi)完全降解。溫度越高，降解速度越快。在工業(yè)堆肥條件下，改性聚乳酸在50攝氏度下6天內(nèi)降解。另一種聚酯塑料PCL在40攝氏度的工業(yè)堆肥條件下，兩天內(nèi)降解。
使用這種工藝制造出的塑料，多達98%會降解成小分子。而且這一過程避免了微塑料的產(chǎn)生。
研究人員表示，改性聚酯在較低溫度或短暫潮濕時不會降解。其浸泡在溫水中可以降解，這意味著在家中就可對塑料進行堆肥處理。

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