可持续生物塑料的结构研究

在这次采访中，来自特拉华大学的Isao Noda向AZoCleantech讲述了生物塑料的可持续性。

生物基塑料和生物可降解塑料之间的区别是什么?生物可降解塑料实际上可以分解成什么?

它们都是生物塑料。一些塑料可以由纤维素或植物油等生物基资源制成，但并非所有生物基塑料都是可生物降解的。同样，并非所有的可生物降解塑料都是由生物原料制成的。例如，你可以从石油中合成可生物降解的聚合物。生物降解，如果处理得当，基本上会产生水和CO₂通过碳循环。

为什么用光谱学来表征塑料如此重要?

当你开始设计分子时，光谱学是绝对必要的。此外，在不同的过程中，如各种操作、加工和成型，掌握材料的信息是至关重要的。这需要分析工具，尤其是光谱工具。

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传统的石油基塑料最大的问题是什么?

传统塑料是一种极好的材料。它改变了我们的生活，但在某些领域，传统塑料正在制造一些问题，尤其是当它们逃逸到一般环境中时。问题是，传统塑料被设计得非常稳定，因此不会降解，如果我们不小心，它可能会伴随我们几个世纪。

目前已经开发了哪些不同类型的生物基塑料和生物可降解塑料?

大家都知道的最古老的生物塑料是醋酸纤维素。它是经过改性的纤维素，是一种非常稳定的塑料。它不能生物降解。另一方面，最著名的生物基可生物降解塑料是由糖或淀粉和主要由植物油制成的聚羟基烷酸盐制成的聚乳酸塑料。你也可以用糖来做。合成的生物可降解聚合物，通常，它们是聚酯，脂肪族聚酯也被使用。

除了更好的生物降解性外，这些更可持续的塑料与石油基塑料相比还有其他好处或结构上的好处吗?

是的,当然可以。塑料各不相同，用途也各不相同。例如，聚羟基烷酸酯具有非常高的阻隔性能，可以与许多其他传统塑料竞争，所以这些都是非常好的性能。

为什么仅仅回收传统的石油基塑料还不足以解决塑料污染的问题?

有很多物品是不能回收的，比如婴儿尿布、口罩等。很多一次性物品只使用一次，而且很难回收。

对于生物塑料来说，哪些特性是重要的，才能使它们得到广泛的应用?如何使用光谱学等分析工具来帮助开发这些特性?

它们必须具有基本的物理性能，与加工和最终用途兼容，因此它们的性能应该与传统塑料非常相似。材料必须便宜且容易获得。光谱学为我们提供了设计优质生物塑料的工具。分子设计取决于光谱探针和它们的性能，一旦它们被制成产品，你就需要这些工具。

生物塑料目前被用于哪些应用，未来生物塑料将取代哪些应用?

我们的出发点是任何产品，尤其是一次性产品，它们往往会逃逸到环境中，这就是石油基塑料的问题。因此，薄膜和塑料袋等容易通过空气传播的物质就可以逃逸。此外，像稻草或容器这样的空心材料，比如水瓶，它们可以逃逸到环境中，它们会找到水，一旦进入水中，就会以某种方式进入海洋。

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风化条件对塑料的降解有很大的影响。你能谈谈你用先进的分析方法来研究这个问题的研究吗?你将在Pittcon展示这些方法?

是的，我在NIST的合作伙伴之一，徐舒余博士将展示塑料的加速老化研究，使用他们在NIST的特殊设备。2022世界杯美洲区赛程表所以，这绝对是重要的。

风化条件的影响是什么?这对塑料的行为有什么影响呢?

首先，在使用过程中，你不希望你的材料降解或风化。但是假设这是一个你想要降解的环境，生物降解。在这种情况下，第一步是被环境压力分解，来自紫外线，天气变化，水分，pH值变化。然后细菌进入，将碎片化的材料分解成二氧化碳和水，这样细菌处理风化的材料比处理新鲜的塑料片容易得多。

当你在制造聚羟基烷酸盐时，红外和拉曼光谱能提供什么信息来帮助开发这个过程?

分子结构一旦形成产物，它们的结晶度，有多少结晶，有多少保持柔软就一目了然了。它们的方向，我们正在制作薄膜和纤维，总是与许多其他东西结合在一起，这些技术有助于显示它们是如何兼容的。这些技术还可以显示它们的分散程度。这些都是光谱学和显微镜学提供的非常重要的信息。

生物基和生物基可生物降解塑料在工业上的使用仍然相当罕见，市场份额相当小。你认为什么能让人们更大规模地转向使用这些更可持续的塑料?

生物塑料在历史上有三个主要的局限性。首先，它们的物理和材料性能都很差，所以任何研究生物塑料的人，他们的第一反应是不想使用它们。然而，经过这么多年的研究，我们现在提出了一种替代方案，这将是一种非常有用的优质材料。第二个问题是成本。生物塑料非常昂贵。它们过去要花很多钱来生产。然而，这种情况正在改变，我们可以以具有竞争力的价格生产生物塑料，与石油基塑料相比。

第三个问题是可用性。再好的材料，再便宜的材料，如果得不到足够的材料，又有什么用呢?我所在的公司开始了生物塑料的工业规模商业生产。现在，它开始变得可行，他们将建造更多的工厂，所以在接下来的几年里，你将看到生物塑料无处不在，这将改变世界。

你认为消费者的压力在其中起到了什么作用?因为很明显，如果你问大多数普通人，他们会非常赞成在尽可能多的产品中使用更可持续的塑料。大型制造商会倾听这种担忧吗?这是推动它的部分原因吗?如果不是，如何说服他们更多地倾听消费者的意见?

大公司都在倾听消费者的声音。他们知道，如果材料太贵或质量不好，消费者是不会付钱的。但是，当消费者发现有技术可以以合理的价格制造出好产品时，对该产品的需求就会开始上升。我担心的是，我们能否制造出足够多的生物塑料来满足这种加速增长的需求。这是一场竞赛，但我们并不担心需求，我们更担心的是我们能以多快的速度向世界供应这种材料。

你认为在使一次性塑料更具可持续性，是可生物降解的，还是完全避免一次性塑料，转向更多可重复使用的产品而不仅仅是材料之间需要取得怎样的平衡?

一次性产品的存在是有充分理由的。人们喜欢它们，它们很方便，而且，如果你研究可重复使用的材料，比如玻璃、金属，甚至纸张，这些材料的环境负担并不轻。首先，为了与塑料相比，比如金属或玻璃，它们必须取代大量的塑料，才能同样环保。

此外，每次你使用可重复使用的材料时，你都必须清洁它。要做到这一点，你需要使用大量的水，有时还需要洗涤剂。例如，布尿布和一次性尿布，一次性尿布对环境的影响比洗布尿布小得多。洗尿布需要洗涤剂和大量的水，所以这些东西都必须加入到等式中。

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塑料的一大问题是塑料在海洋中的积累。当你试图制造在盐水中生物降解的塑料时，有什么考虑因素?与垃圾填埋场相比，它的化学成分是如何工作的?

聚羟基烷酸酯是少数几种真正已知的可被海洋生物降解的塑料之一。经证实，在盐水和淡水中，它会被生物降解。即使在家庭堆肥中也会降解，而不是在工业堆肥中。海洋相容性可能是聚羟基烷酸基生物塑料最重要的因素。

你研究的下一步是什么?在接下来的几年里你打算做什么?

我现在是一名大学教授，我正在做关于这类材料性质的基础研究。它是一种迷人的材料，不仅是可生物降解的，它还有很多有趣的特性，比如对细胞生长具有极高的生物相容性。比如，你可以在上面培养干细胞。在工业方面，有一系列的研究工作正在进行，以开发具有更好设计的下一代聚羟基烷酸盐，它们已经在管道中。

您的研究如何受到大流行的影响?您认为可持续塑料和材料的研究总体上如何适应新环境?

目前的大流行直接影响到实验室的使用和教室的设置。另一方面，它也迫使环境通过视频会议和远程会议进行交流，这极大地改变了我们互动的方式。我和我的学生互动，有时我会问他们，“嘿，把你的iPad带到实验室，让我看看你在做什么。”所以，就像我半夜和他们在实验室里一样，我可以交流。然而，实验室的气味是无法取代的。

大流行迫使我们所有人改变和适应我们的工作方式。你认为这能为整个社会创造关注可持续发展的机会吗?它能做出什么改变来让未来更美好?

口罩现在是垃圾的主要组成部分，人们把它们扔掉，你经常可以看到它们到处都是。当前的大流行已经引起了态度的变化和产品需求的变化，这些事情正在改变我们的工作。我们开始以不同的方式看待世界，我们现在也可以看到我们是多么脆弱和脆弱。我们不是无敌的，所以如果我们搞砸了，我们必须付出高昂的代价，这也适用于环境和材料。这些都是我们认为理所当然的事情，但现在我们必须改变这种理所当然的心态，开始考虑我们还能做些什么。

关于Pittcon

Pittcon^®是匹兹堡分析化学与应用光谱学会议的注册商标，该会议是一家宾夕法尼亚州的非营利组织。由匹兹堡光谱学学会和匹兹堡分析化学家学会共同主办，匹兹堡是实验室科学的首要年度会议和博览会。

Pittcon的收益用于资助从幼儿园到成人的各级科学教育和推广。Pittcon每年捐赠超过100万美元，为各种科学推广活动提供财政和行政支持，包括科学设备补助金、研究补助金、学生奖学金和实习机会、教师和教授奖，以及公共科学中心、图书馆和博物馆的补助金。2022世界杯美洲区赛程表

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