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石油基塑料污染严重，为寻环保替代品，研究人员开展淀粉基生物塑料研究。他们用玉米、土豆淀粉等制备生物塑料并评估，发现最优配方，其性能良好。该研究为可持续包装提供新选择，助力环保。
在当今时代，塑料在生活中无处不在，从包装到各类产品，它确实带来了极大的便利。然而，石油基塑料却像一个隐藏在暗处的 “环境杀手”。每年全球产生超过 30 亿吨的塑料垃圾，其中大部分难以自然降解，它们堆积在垃圾填埋场，流入海洋，对生态系统造成了严重破坏。据统计，到 2017 年，全球已生产约 83 亿吨塑料，产生了 63 亿吨垃圾，可回收比例仅为 9%，若现状持续，2050 年塑料堆积量将达 120 亿吨 。这些塑料不仅会形成微塑料污染，还会释放温室气体，威胁人类健康。因此，寻找可生物降解的塑料替代品迫在眉睫。
为了解决这一难题，来自印度 Mepco Schlenk 工程学院机械工程系等机构的研究人员，开展了关于淀粉基生物塑料的研究。他们致力于制备出性能优良的淀粉基生物塑料，为可持续包装提供可行方案。最终，研究发现由 9g 玉米淀粉、9mL 甘油和 2.5g 碳酸钙组成的配方表现最佳，在机械强度、柔韧性和生物降解性之间达到了良好的平衡。这一成果意义重大，为减少传统塑料使用、缓解塑料污染问题提供了新的方向，研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。在制备生物塑料时，将不同来源的淀粉（玉米、土豆淀粉等）、塑料 izers（甘油、山梨醇）和填料（碳酸钙）按特定比例混合，经加热搅拌、倒入模具固化等步骤制成样品。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析生物塑料的化学结构；利用拉伸测试测量其拉伸强度和弹性模量；通过在特定条件下测试样品重量变化，研究其水分含量、吸水性、水溶性、醇溶性和生物降解性。
下面来看看具体的研究结果：
- 样品的物理和化学特性：添加增塑剂后，生物塑料的水分含量增加，含甘油的样品水分含量最高，山梨醇的最低，且填料增加会使水分含量降低。吸水性方面，不同样品差异明显，如 COM2 吸水率较低，P1 较高，淀粉含量与吸水率有关，增塑剂会影响吸水率。水溶性上，添加增塑剂使水溶性增加，不同增塑剂影响不同，添加填料则降低水溶性。醇溶性受增塑剂和填料影响，P2 醇溶性低，C1 高。生物降解性测试中，C1 降解最快，C3 最慢，降解受淀粉、增塑剂和填料等多种因素影响。
- FTIR 结果：FTIR 光谱显示，所有生物塑料样品在特定波数有与淀粉相关的峰，增塑剂的存在也产生了相应的特征峰，添加填料未产生新的有用峰。
- 样品的机械特性：生物塑料的机械性能对包装应用很关键。C3 拉伸强度较高，适合刚性包装；COM3 拉伸强度低，不适合极端条件下的包装。P1 的杨氏模量较高，表明刚性大，适合一次性餐具等；COM2 杨氏模量低，柔韧性好，适用于可拉伸薄膜和包装纸。
在讨论部分，研究人员指出，增塑剂和填料的组成对生物塑料的性能影响显著。甘油亲水性强，会增加水分含量，山梨醇则相反；填料可增强耐水性。增塑剂和填料还影响水溶性、醇溶性和生物降解性，合理的配方设计能平衡机械性能和生物降解性。通过优化淀粉、增塑剂和填料的组成，可开发出满足可持续包装需求的生物塑料。
总的来说，这项研究成功制备并评估了多种淀粉基生物塑料配方，确定了最佳配方，为可持续包装提供了新选择。但目前生物塑料仍存在水溶性和机械强度方面的问题，未来研究可致力于改善这些性能，扩大其在工业中的应用范围，为解决塑料污染问题做出更大贡献。
