生物仿生列
在通往更安全的塑料制品的道路上
当狮子座的贝克兰首次合成的苯酚,甲醛和木粉,使酚醛塑料在1907年,我相信他没有的,他介绍了材料的未来影响的想法。虽然他曾表示,第一热固性塑料做过将有一千个用途,可以少他想象多么短暂,他的印记。
在100多年的时间里,以石油为基础的合成聚合物进入了我们生活的方方面面,从婴儿的出牙环到塑料棺材。甚至超越了坟墓。虽然我们的肉体会腐烂,但它的一些可塑的内容,在人的一生中积累起来,将会停留更长的时间。我们的情况也是如此海洋和土地。
这将是愚蠢的,建议我们废除塑料。他们是太宝贵,太无处不在,太有用了。但是,我们应该破除,是他们做的方式,一些方法,我们使用它们,当然我们做什么与他们时,他们已经完成了他们的工作。新战略应包括进一步发展生物塑料,其中一些已经在提供希望的结果。
塑料时代
我们生活在塑料时代。
虽然只要不是石器时代,青铜或铁时代,塑料时代的对自然世界的影响已经大于它比所有的这些组合的持续时间短。全世界生产了大约2013年2.99亿公吨塑料,其中大部分由东流向西部。中国是24.8%的最大生产国,其次是欧洲占20%,而北美地区的19%。
2015年全球消费量平均约45公斤每一个男人,女人和孩子在地球上估计。令人震惊的是,这是关于比它可能是什么,因为在欧洲和北美的平均消费是人均超过135公斤三个下部次。唯一欠缺的发展至今仍保持着世界其他地区的效仿,但许多人渴望改变这种状况。印度塑料行业,例如,投射其2013国内总消费量在未来五年内翻一番。
黄金三镖客
当然,塑料是极好的材料:轻、坚固、防水、耐腐、具有高的隔热和绝缘性能。它可以是你喜欢的任何颜色,也可以是透明的,完全没有颜色。你可以把它做成薄板,棒子或者任何你喜欢的形状。
它也很便宜——至少当你忽略了环境和健康成本,那些麻烦的外部性,大多数公司的会计人员总是忘记把它们记在他们的账簿上。用塑料而不是玻璃或金属制造东西,通常会节省大量能源、材料和随后产生的温室气体。
虽然没有人真正知道它的环境和医疗费用一些简单的东西是已知的。大多数塑料持续了很长一段时间没有打破和90%以上是从来没有回收利用。它的大部分含有有毒的动物,可以滤出当它分解的化合物。
某些塑料,包括聚碳酸酯瓶,罐的树脂衬,含有似是而非内分泌干扰物如双酚A (BPA)和邻苯二甲酸盐被边吃边喝吸收。人在美国大约93%的人在他们的尿液中BPA的检测水平,根据美国疾病控制中心和预防。几乎所有的成年人也有邻苯二甲酸酯的可测量的水平在他们的身体,有八成的小娃娃。
产生的塑料三分之一在一次性包装中使用的,其中大部分是制造后的一年内丢弃。只能使用一次,这些持久性和毒性化合物可以预期流连几十年。能源成本,超出了我们的健康和环境的恶化:石油产量的约8%用于制造这些塑料 - 一半原料和一半功率的处理。
得到相同的性能,而成本
如果我们要消除合成聚合物最危险的方面,有三件事是必须的:允许可持续采购和回收的新配方;以良性方式分解的物质;以及更复杂的收集、处置和再利用系统。
生物塑料将是这个解决方案的一部分。它们由两种基本类型的材料组成:生物可降解材料和生物基但不能生物降解的物质。后者由纤维素之类的物质构成,占当前产量的62.4%,占大多数,其余的由生物可降解材料构成,占37.6%。尽管2013年全球塑料产量为160万吨,相对于油基塑料来说是很小的,但它具有工业规模,预计在未来五年内将增加三倍。
虽然其中的许多塑料利用天然材料的,必须将它们归类为生物利用率的例子,不是仿生。有,但是,材料正在开发的尝试模仿的形式和性质,以构建性能以及天然材料的使用过程。
其中一个是Shrilk,是“虾”和“丝”这两个词的合成词,这两个词是塑料的两种原料。虾提供几丁质,这种糖是制造更有用的壳聚糖的原料;昆虫丝提供丝素,一种蛋白质。这两种物质被置于一种复合材料中,这种复合材料利用了每一种物质的特性,制造出一种坚固耐用的产品。
几丁质是世界上第二大最常见的有机材料后纤维素。它是一种多糖,或糖,在甲壳纲动物贝壳,昆虫表皮,真菌壁和软体动物的珍珠质找到。它通常与其他物质结合在一起,使强大的复合材料。鲍鱼壳的珍珠层是一个很好的例子。几丁质脚手架认为然后被矿化,制造复合材料比任何陶瓷强硬蛋白质凝胶。
哈维尔·费尔南德斯(Javier Fernandez)是首席研究员和博士后研究员,唐纳德·因格伯(Donald Ingber)是哈佛大学威斯生物工程研究所(Wyss Institute for biological Inspired Engineering at Harvard)的主任。两年前,他们构想并开发了Shrilk,并在《先进材料》(Advanced Materials)杂志上发表了他们的研究成果。
他们观察了一些自然材料的交叉铺设特性,并在微观尺度上模仿胶合板的样式。该材料不仅具有生物基性,而且具有生物可降解性和生物相容性。美国食品和药物管理局已经批准了壳聚糖和丝素,使它们适合于生物医学应用。
今年3月,这两位科学家在《高分子材料与工程》杂志上发表了他们的最新研究成果。现在,他们只使用壳聚糖,他们已经能够演示一种可扩展的生产工艺,这种基于壳聚糖的塑料既可以注塑也可以像现在的任何塑料一样铸造。他们创新的关键是精心打磨的配方,保留了壳聚糖的三维力学性能。
甲壳素,可以通过磨碎虾壳或生长真菌来源的,不影响陆地粮食生产。迄今为止,地面虾壳已被广泛用于化肥,化妆品,食品添加剂,但从未在大自然做一个结构性的方式。重构的脱乙酰壳多糖是一第一使用结构,而不是材料,以产生强度,性质的一个基本原则。生产成本目前高于的基于石油的塑料,但木粉到壳聚糖式加法使得成本相当。研究人员认为,经济规模将进一步降低单位成本。
这种材料在可回收性和生物降解性方面也得到了很高的分数,首先,聚合物中使用的染料是可回收的,因此塑料在回收之前不必进行分选。此外,这种物质不仅会在几周内分解,还会向土壤中添加氮,促进植物生长。
从本质和它的原则,简化翻译现成的方法和材料的敏锐的观察力,这些研究人员已经为我们带来了更接近一个世界里,我们可以享受的塑料的优点,而不可恶的成本。