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Highlighting JAPAN

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科学技术

环境友好型材料

世界上最耐热的生物塑料





从文具、厨具等生活用品,到电脑和平板电脑等电子设备,再到汽车的内部装饰,我们的生活都是被塑料制品所包围着。但是这一类塑料制品的原材料却是来自石油,在做燃烧处理的时候会产生二氧化碳,以及二恶英等有毒气体,这会给自然环境带来很大的负担。

针对这种问题,采用源自植物以及微生物的有机生物质作为原材料,出现了一种叫做生物塑料的产品。这种生物塑料并不依赖石油等化石资源,可以抑制住二氧化碳的排放。但是,现在实用化的生物塑料,其强度和耐热性都比较低,而且制造成本也很高,大部分是一次性使用。

来自北陆先端科学技术大学院大学的金子达雄副教授,立志于制造出工业用途可以使用的生物塑料。他和他的团队对微生物的遗传基因进行改造,由此制造出的生物塑料成功地克服了前面描述的弱点。这种聚酰亚胺的生物塑料非常结实,耐热性也很高。

在寻找合适的制造材料上,金子副教授着眼于肉桂系分子(肉桂酸),这是一种具备坚固内部结构的天然香料成分。金子副教授和他的团队对大肠杠菌就行了基因重组,创造出了自然界不存在的氨基肉桂酸。接着再用紫外线进行照射,激发光反应,制造出了高分子复合材料。

由此制造出的世界首例生物聚酰亚胺,创造了390℃的史上最高耐热记录。它还实现了具有聚碳酸酯5倍的强度、和眼镜镜片相同的折射率,以及和玻璃差不多的低膨胀率。同时,聚酰亚胺还具备自熄性的特点,阻燃性也很高。根据方法的不同,透明的塑料也可以制作出来。而且,这种材料的重量只有玻璃的一半左右,被深紫外线照射降解后还可以再利用。

在谈到这种材料未来的实际用途时,金子副教授说:“用这种更轻、更结实、透明的生物聚酰亚胺来替换目前汽车的挡风玻璃,将是一个很好的选择。”通过计算,混合动力汽车和电动汽车的挡风玻璃安装上生物聚酰亚胺后,要轻15公斤左右,耗油量将改进10%以上。如果全世界的汽车挡风玻璃都由生物聚酰亚胺替换后,由此带来的汽油消费量减少,每年至少可以减排1300万吨的二氧化碳。由于阻燃性的特点,将汽车引擎周边的材料也使用生物聚酰亚胺后,汽车会变得更轻。

现在开发出来的生物聚酰亚胺,要是使用化学方法通过石油作为其原材料来制作,其费用将会非常高,而通过生物基因方法的费用则是和食品添加剂一样便宜。当金子副教授在实现“让世界上的石油制塑料,转变到生物塑料”这一梦想的过程中,生物塑料在经济上的实惠是他在寻找合适的原材料上的主要优点之一。同时,金子副教授还说:“使用不同的微生物,会有发现新功能的可能性。微生物和细菌带来的创新灵感还有很多。生物塑料在未来的用途还有很多,是个未知数。”

如果这种新的生物塑料能够低成本、批量化生产,就可以替代很多石油制的塑料,在某些场合还能替代金属材料。这样的话,可以大量减少二氧化碳排放以及工业废品等对环境带来的负荷。大家都在迫切地等待着这一可以改变世界的、具有潜力的材料真正实用化的那一天。



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