日本用傳統紙與塑膠做出高強度的可降解材料

【2024年06月18日訊】(大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導)化石塑膠材料大多無法回收或銷毀,因此可分解的材料就成為許多人的期望。日本的一所大學將日本的傳統和紙加入特殊塑膠,使其成為耐用和易生物降解的材料。

這種日本傳統紙張是一種名為「和紙」(Washi)的紙,用來自甘皮樹、桑樹或構樹內皮的纖維手工製成,因纖維較長使它通常比木漿製成的普通紙更堅韌。

數百年來日本把和紙用於書籍裝訂、藝術、家具和建築上,甚至神道祭司和佛像的法衣和儀式物品也會採用,人們還能在一些摺紙、書法和浮世繪等傳統藝術上看到它的身影。

和紙本身擁有薄、柔韌且雜質含量低的特性,使其可保存超過1000年。再加上它本身的操作性高,可以用水分分離纖維,因此被用於修復世界各地的博物館和圖書館(例如,法國如羅浮宮和梵蒂岡的博物館)的那些具有歷史價值的繪畫、書籍和其它藝術品。

日本的東北大學(Tohoku University)研究團隊將目光放到和紙(Washi)上。他們將聚丁二酸丁二醇酯塑膠(PBS)與和紙合成,產生強度更高、生物降解性更好的材料。該研究成果於5月9日發表在《複合材料A部分:應用科學與製造》雜誌。

東北大學環境研究生院副教授栗田博樹(Hiroki Kurita)團隊選用的PBS是一種熱塑性半結晶塑膠,擁有優良的機械性質和加工性能,且還有高度的生物降解性質。另外,他們選用和紙不僅是因為其韌性強,還因它的產量和用量不斷降低,他們希望藉此找到更多關於和紙的應用。

他們先是請宮城縣一家和紙工坊的工匠幫他們生產,之後將三層和紙和兩層PBS塑膠薄膜進行交疊組合,在通過150℃熱壓的方式使其形成一張紙,並擠出多餘的PBS塑膠。這種堆疊方式,就像三明治的麵包的中間包著餡料一樣。

經過多次實驗,他們發現該材料比純和紙、純PBS塑膠都要有更強的機械強度和極限拉伸強度。它極限拉伸強度比純和紙(36.85 MPa)增強60%以上,達到驚人的59.85 MPa。

實驗人員使用掃描式電子顯微鏡和光學顯微鏡觀察發現,原本和紙中的纖維與纖維間有很大的空間,但PBS塑膠就像膠水一樣填充這些空間,並與纖維產生強大的內部摩擦力,有效地固定了這些纖維,能夠防止纖維位移和斷裂。

另外,他們將這種複合材料放置在堆肥中,進行為期57天的實驗。結果顯示,降解速度要比單純的PBS塑膠快,且在堆肥中靜置35天後,其生物降解率達到驚人的82%。放置2週後,新型材料就變得極其脆弱;放置6週後,基本與堆肥內的物質混為一體。

該論文的合著者、東北大學環境研究生院副教授栗田博樹(Hiroki Kurita)對該校新聞室表示,「我們用和紙創造了一種可分解的複合材料,它本身源自植物纖維,進一步改善了其性能,同時仍然保持了其古典美感。」

實驗人員則表示,這種基於和紙的複合材料擁有快速生物降解和良好的機械強度,有望用於包裝、家具和農業應用上。另外,栗田副教授相信,這次實驗能夠提高生物降解測試的標準,並為未來可生物降解複合材料的研究提供藍圖。

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