科學家在生物塑膠領域取得了重大突破，開發出一種新型二醋酸纖維素（CDA），其降解速度比傳統形式快15 倍。在真實的海洋條件下進行測試，發泡二醋酸纖維素是食品包裝中聚苯乙烯泡沫塑膠的可行替代品，可顯著減少環境塑膠污染。

二醋酸纖維素泡沫在海水中浸泡36 週前後的並排顯微影像。 研究團隊發現，二醋酸纖維素泡沫的原始質量減少了65-70%。資料來源：@伍茲霍爾海洋學研究所，布萊恩-詹姆斯

伍德霍爾海洋學研究所（WHOI）的研究人員多年來一直在調查哪些類型的塑料在海洋中的壽命最短和最長，以及哪些類型的塑料製品（如吸管和食品包裝袋）最容易造成塑料污染。 隨著更多生物可降解材料的開發，如二醋酸纖維素（CDA） –一種從木漿中提取的類似塑料的聚合物–研究人員正在努力確保它們能夠取代傳統塑料，同時不破壞海洋生態系。

經過多年的測試，一種新的CDA 被發現是在海水中降解最快的生物塑膠材料。 此外，它也是其他泡沫塑膠材料（如泡沫塑膠）的理想替代品，因為泡沫塑膠可在環境中存留多年。 在今天（10月17日）發表於ACS Sustainable Chemistry & Engineering的一篇新論文中，WHOI的科學家布萊恩-詹姆斯（Bryan James）、科林-沃德（Collin Ward）、克里斯-雷迪（ Chris Reddy）、孫彥辰（Yanchen Sun）和卡利-佩特（Kali Pate）發現，在CDA材料中加入小孔（即發泡）可使其降解速度比固體CDA快15倍，甚至超過紙張。

“這項研究最讓我興奮的是它的轉化性。這項研究的資深作者沃德說：”這項研究是多年研究的結晶，研究的重點是了解CDA在海洋中生物降解的基本控制因素。 我們將基礎知識轉化為一種新材料的設計，這種材料既能滿足消費者的需求，又能在海洋中降解，其降解速度比我們所知的任何其他塑膠材料都快，甚至比紙張還快。 “沃德補充說：”在一個通常只關注塑膠污染的負面影響，而不致力於解決問題的領域，這是一個偉大的成功故事。 “他和WHOI團隊與生物塑膠製造公司Eastman的科學家們合作，後者為這項研究提供了資金、共同作者和材料。

這項研究包括在世界衛生組織工業研究所（WHOI）一個專門設計的實驗室中，對來自瑪莎葡萄園灣（Martha’s Vineyard Sound）的一箱連續流動的海水中的發泡CDA和固體CDA進行監測。 研究人員還控制溫度、光照和其他環境變量，以模擬自然海洋環境。

“使用連續流動的海水罐，我們能夠將微生物活躍的海洋動態帶入實驗室。” 主要作者詹姆斯解釋說：”海洋正在不斷變化，我們必須通過補充微生物和養分來複製這種環境，使實驗更符合環境實際情況。

在上一項研究 中，研究人員使用他們的動態海水罐測試了由標準塑膠、紙張、固體CDA和泡沫CDA製成的吸管，發現固體CDA和紙張吸管的質量減少得最快。 科學家隨後比較了兩種由CDA 製成的吸管，一種由固體CDA 製成，另一種由泡沫CDA 製成，結果發現泡沫吸管的降解速度比固體吸管快190%，因此預期的環境壽命比紙質吸管短。

詹姆斯說：”作為一名材料科學家和工程師，能夠證明泡沫材料的高效性是令人興奮的，這意味著它們可以使用盡可能少的材料來實現功能，從而降低成本並減少對環境的影響。此外，當泡沫由可生物降解塑膠製成時，它們可以成為持久性最低的材料之一。

研究報告的作者表示，替代發泡塑膠和一次性塑膠（如經常滲漏到海洋且不可生物降解的外帶容器）是這種材料最迫切的用途之一。 發泡CDA產品已進入市場，Eastman公司推出了 一種由發泡CDA製成的可堆肥輕質托盤，旨在取代現有工業食品包裝中使用的塑膠托盤。

伊士曼公司企業創新副總裁傑夫-卡貝克（Jeff Carbeck）表示：「產業與學術界之間的合作對於加快解決最緊迫的全球挑戰至關重要，學術界可以提供獨特的見解，而產業合作夥伴則可以利用這些見解來開發大規模的解決方案。

Carbeck強調，這項研究證明了CDA泡沫在幫助應對一次性塑膠包裝挑戰方面所具有的潛力。 “泡沫的特性使其成為許多包裝和絕緣應用的理想選擇，這項研究表明，由可生物降解材料製成的泡沫在海洋環境中會迅速降解，如果它們不小心進入海洋環境的話。在消費品中採用可生物降解材料是保護環境、減少塑膠污染和促進子孫後代永續發展的關鍵一步。

「與產業夥伴合作的優點之一是，我們可以確保新技術的可擴展性。” Ward 解釋說：『設計新材料的標準之一是，它必須是苯乙烯泡沫塑膠產品的直接替代品，這意味著將原料CDA 轉化為可生物降解泡沫塑料的公司無需投資新設備。一種雙贏”。

編譯自/ SciTechDaily