在當(dāng)今全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)日益重視的背景下，傳統(tǒng)石化塑料的不可降解性給環(huán)境帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。據(jù)研究預(yù)測，到2025年將有110億噸塑料被直接棄至自然環(huán)境，而石化塑料由于具有較強(qiáng)的共價鍵，其自然降解性通常很差，不完全分解產(chǎn)物即微塑料在土壤中不斷積累，造成長期且嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，開發(fā)可生物降解的替代材料成為了科研人員的重要課題。來自東華大學(xué)和青島大學(xué)的研究人員在中國工程院院刊《Engineering》發(fā)表了題為“Large-Scale Preparation of Mechanically High-Performance and Biodegradable PLA/PHBV Melt-Blown Nonwovens with Nanofibers”（高機(jī)械性能可生物降解PLA/PHBV熔噴納米纖維材料的規(guī)模化制備）的研究論文為我們帶來了新的希望。東華大學(xué)劉高慧為第一作者，王先鋒研究員、丁彬教授為通訊作者。

文章報道了一種規(guī)模化制備高機(jī)械性能、可生物降解的PLA/PHBV [PLA：聚乳酸；PHBV：聚（3-羥基丁酸-co-3-羥基戊酸酯）]熔噴纖維材料的簡單方法。PLA作為一種可生物降解材料，因其良好的生物相容性和可再生性，在醫(yī)療、制藥、農(nóng)業(yè)、包裝、服裝等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，PLA熔噴纖維材料通常存在強(qiáng)度低、韌性差的缺點，這限制了其在一些高性能要求領(lǐng)域的應(yīng)用。為了解決這一問題，研究人員在PLA中加入了少量的PHBV，通過實驗發(fā)現(xiàn)，這種添加可以提高材料的結(jié)晶速率和結(jié)晶度。

在實驗過程中，研究人員將PLA和PHBV在80℃的鼓風(fēng)烘箱中烘干12小時以去除水分，然后分別將PHBV母粒以質(zhì)量分?jǐn)?shù)0、2.5%、5.0%和7.5%的比例與PLA母粒均勻混合，最后采用熔噴設(shè)備制造樣品。實驗結(jié)果顯示，當(dāng)PHBV含量從0增加到7.5wt%時，PLA/PHBV熔噴纖維的直徑明顯減小，納米纖維的比例從7.7%增加到42.9%。特別是當(dāng)PHBV含量為5wt%時，所得PLA/PHBV熔噴纖維材料表現(xiàn)出較高的力學(xué)性能，其拉伸應(yīng)力、伸長率和韌性分別達(dá)到2.5MPa、45%和1.0MJ/m³。這一結(jié)果表明，通過添加適量的PHBV可以顯著改善PLA熔噴纖維材料的力學(xué)性能，使其能夠滿足更多高性能應(yīng)用的需求。

更令人振奮的是，這種PLA/PHBV熔噴纖維材料還具有良好的生物降解性。研究人員將PP（聚丙烯）、PLA和PLA/PHBV熔噴纖維材料裁剪成10 cm × 10 cm的大小，埋在10 cm深的土壤中，并添加了10%的高效微生物堆肥菌以加速生物降解。實驗觀察到，PLA和PLA/PHBV熔噴纖維材料在土壤中埋藏2個月后開始破裂，4個月后可以完全降解為二氧化碳和水，而PP熔噴纖維材料則沒有明顯變化。這表明，PLA/PHBV熔噴纖維材料在使用壽命結(jié)束后能夠自然降解，不會對環(huán)境造成長期污染，是一種環(huán)境友好的材料。

此外，研究人員還對PLA/PHBV熔噴纖維材料的拉伸過程進(jìn)行了表征和分析，并提出了熔噴纖維材料的一般拉伸破壞模型。這一模型的建立為進(jìn)一步提高非織造材料的力學(xué)性能提供了理論依據(jù)，有助于推動可生物降解材料在更多領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

這項研究提供了一種規(guī)模化制備具有高強(qiáng)度和優(yōu)異韌性特征的可生物降解PLA/PHBV熔噴纖維材料的新方法。通過在PLA中添加少量PHBV，不僅提高了材料的結(jié)晶速率和結(jié)晶度，改善了力學(xué)性能，還保持了良好的生物降解性。這種材料有望取代現(xiàn)有的PP熔噴纖維材料，在醫(yī)療、過濾、環(huán)保等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，可生物降解材料將在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮越來越重要的作用。