強化堅固、延展性 兼具重複使用及回收特性 創新VPR塑膠 可分解成海洋生物糧食

編譯/韋士塔 |2023.11.11
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編譯/韋士塔

塑膠在人類生活中無處不在,但這種低成本、應用範圍廣泛的材料已成為眾矢之的,原因是塑膠廢棄物已嚴重傷害環境與生態;世界各國的政府已制定一系列禁用或減用塑膠製品的措施與政策,科學家們也致力開發新材質的塑膠製品,期盼緩解塑膠汙染危機。

近來,日本東京大學的研發人員發表一種稱為「VPR」的多功能新型塑膠,比傳統塑膠更堅固、延展性更好,還能透過熱能自我修復,恢復原有的形狀;最令人矚目的是,VPR塑膠能在海水中分解,並成為海洋生物的食物來源。

塑膠問世後,由於堅固耐用、成本低廉且容易生產,這種材料迅速席捲眾多領域,包括居家用品、汽車零件;然而,塑膠風靡各產業的特點有如兩面刃,由於難以分解、回收,大量塑膠廢棄物已充斥在各地,包括陸地、河川及海洋,嚴重危害環境保育及生物健康。

儘管全球展開限塑運動,仍無法完全避免使用這種材料;在這種情況下,開發使用壽命更長、更容易重複使用及回收,或是由環保材料製作的替代品,是解決塑膠汙染及實現聯合國永續發展目標(SDGs)的關鍵。

東京大學研究人員開發的創新環保塑膠材料,是以環氧樹脂玻璃體(epoxy resin vitrimer)為基本原料;這種原料在較低的溫度下仍可保持堅固結構,也能使用較高溫度將其重塑。不過,環氧樹脂玻璃體的結構較脆,容易斷裂,延伸性不足。

為了解決這個問題,研究人員在環氧樹脂玻璃體加入一種名為聚輪烷(polyrotaxane)的分子,製作出VPR塑膠,意為玻璃體(vitrimer)結合聚輪烷(polyrotaxane)。

主持這項研究計畫的安藤翔太(Shota Ando)教授指出,VPR塑膠可在低溫下保持形狀,但溫度超過150℃時,VPR塑膠的化學鍵會重新結合,使材料重新形成不同形狀。透過加熱或溶劑,即可把VPR塑膠分解成原始成分。

此外,這種材料浸泡在海水中30天,就可生物降解,把聚輪烷分解為海洋生物的食物。

安藤翔太指出:「VPR的抗斷裂能力是傳統環氧樹脂玻璃體的5倍,自我修復能力則達15倍,恢復原始形狀的速度是一般玻璃體的2倍。VPR塑膠在室溫下不會溶解於各種溶劑,非常耐用;但只要加熱並使用特定溶劑,就能迅速分解。這種既耐用又容易分解的特性,讓VPR塑膠成為資源回收的理想材料。」

研究團隊看好VPR塑膠的前景,他們認為,這種新材料有潛力應用於工程設計和製造、醫藥、永續時尚等領域,推動循環經濟。

安藤翔太舉例:「道路及橋梁的基礎設施材料,通常使用環氧樹脂與混凝土及碳等化合物調製。若改用VPR,這些基礎設施更容易維護,因為它們更堅固,並且可以使用熱能進行修復。」

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