研究人员将废弃纸板转化为可持续纤维素气凝胶泡沫塑料

研究人员将废弃纸板转化为可持续纤维素气凝胶泡沫塑料这种用明胶增强的纸板泡沫可使包装材料更具可持续性。资料来源：JinshengGou《ACS可持续化学与工程》杂志上的研究人员没有丢弃这些纸箱，而是利用纸板废料开发了一种缓冲泡沫。与传统的塑料泡沫缓冲材料相比，他们的再生材料更坚固、更绝缘。在家中堆积的各种垃圾中，废纸是最常见的一种。从报纸和垃圾邮件到纸板信封和纸箱，所有这些都会堆积起来，尤其是在网络购物大行其道的今天。研究人员有兴趣将这些容器和废纸变成其他有用的东西--坚固而轻便的邮寄材料。目前，为了让电子产品和玩具紧紧地依偎在盒子里，通常会使用泡沫塑料等模塑缓冲材料。轻质的纤维素气凝胶是一种可持续的替代品，但目前从废纸中生产纤维素气凝胶的方法需要几个化学预处理步骤。因此，苟金生和同事们希望找到一种更简单的方法，来制造一种以废纸为基础的泡沫材料，这种材料可以承受最恶劣的运输环境。为了制造泡沫，研究小组用搅拌机将纸板碎屑打成纸浆，然后与明胶或聚醋酸乙烯（PVA）胶水混合。将混合物倒入模具中，冷藏，然后冻干，形成缓冲泡沫。这两种纸质泡沫都具有良好的隔热性能和强大的能量吸收能力，甚至优于某些塑料泡沫。研究小组随后将纸浆、明胶、PVA胶水和一种硅基液体结合在一起，制成了一种重型废纸泡沫。这一版本的纸板泡沫可以承受锤子的击打而不散落，这一结果表明这种泡沫可以用于力量密集型的运输，例如无降落伞空投。研究人员说，他们的工作提供了一种简单而有效的方法，可以将纸板循环利用，制造出更环保的包装材料。参考文献：张斌、陶文轩、任子明、岳世琦和苟金生：《具有超高能量吸收、优异隔热性能和出色缓冲性能的可生物降解废纸基泡沫》，2023年11月28日，《ACS可持续化学与工程》。DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06230编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404939.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404939.htm

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物科学家们设计出了一种利用纤维素生产可回收且稳定的聚合物的方法，为传统塑料提供了一种可持续的替代品。这一研究成果为生产环保材料提供了新的可能性。上图为本研究开发的新型可回收聚合物制成的透明薄膜。资料来源：FengLi他们开发出了一种方便、多用途的方法，利用从植物纤维素中提取的化学物质制造各种聚合物；最重要的是，这些聚合物可以完全回收利用。该方法发表在《ACSMacroLetters》杂志上。纤维素是植物生物质中最丰富的成分之一，是所有植物细胞周围坚韧细胞壁的关键部分。纤维素很容易从稻草和锯末等植物废料中获取，因此，将纤维素用作聚合物生产的原料不会减少用于粮食生产的农业用地。纤维素是一种长链多糖聚合物，即由多个糖基（特别是葡萄糖）通过化学键连接而成。为了制造新型聚合物，北海道研究小组使用了两种市售的小分子，即由纤维素制成的左旋葡糖烯酮（LGO）和二氢左旋葡糖烯酮（Cyrene）。他们开发了新颖的化学工艺，将LGO和Cyrene转化为各种非天然多糖聚合物。通过改变聚合物的精确化学结构，可以生成不同的材料，用于各种可能的应用。"我们面临的最大挑战是控制将较小单体分子连接在一起的聚合反应，以及获得对普通应用足够稳定的多糖材料，同时还能在特定化学条件下被分解和回收。"左起研究小组的佐藤俊文、水上雄太、李锋和矶野拓也。图片来源：李锋李补充说，研究过程中最大的惊喜是他们制作的聚合物薄膜具有很高的透明度，这对于这些聚合物似乎最适合的专业应用来说可能至关重要。另一位通讯作者ToshifumiSatoh教授补充说：由于这些材料相当坚硬，可能难以用作塑料袋等柔性塑料材料，因此我认为它们更适合用作光学、电子和生物医学应用领域的高性能材料。世界各地的其他研究小组也在探索用植物制造塑料替代聚合物的潜力，其中一些"生物塑料"已经可以在市场上买到，但佐藤的研究小组为这一快速发展的领域增添了一个重要的新机会。研究小组现在计划探索更多的可能性，但可行的结构变化非常多，因此他们希望与计算化学、人工智能和自动合成方面的专家联手探索这些选择。"我们希望这项工作能开发出多种有用的非天然多糖聚合物，使其成为从生物质到高效回收的可持续合成闭环的一部分。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424673.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424673.htm

科学家设计出既坚硬又能隔热的新型混合材料

科学家设计出既坚硬又能隔热的新型混合材料研究人员已经证明，他们有能力设计出既坚硬又能隔热的材料。这种特性的结合极为罕见，有望应用于一系列领域，如开发用于电子设备的新型隔热涂层。研究人员使用的是二维有机-无机混合包晶石材料的一个子集。这些薄膜由高度有序的晶体结构中的有机层和无机层交替组成，如图所示。资料来源：北卡罗来纳州立大学JunLiu"但在有些情况下，需要既坚硬又绝缘的材料。例如，你可能想制造隔热涂层，以保护电子产品免受高温影响。从历史上看，这一直是个难题。我们现在已经发现了一系列既坚硬又具有出色隔热性能的材料。更重要的是，我们可以根据需要设计这些材料，以控制它们的硬度和导热性。"Liu说：研究人员正在研究一种被称为二维有机-无机混合包晶石（2DHOIP）的材料。本文共同通讯作者、北卡罗来纳大学教堂山分校化学与应用物理科学教授WeiYou说："这些薄膜由高度有序的晶体结构中的有机层和无机层交替组成。我们可以调整无机层或有机层的成分。"本文共同通讯作者、德克萨斯农工大学材料科学与工程系助理教授QingTu说："我们发现，通过用苯环取代有机层中的部分碳-碳链，可以控制某些二维HOIP的弹性模量和导热性。基本上，在这个特定的层状材料子集中，我们添加的苯环越多，材料就越硬，隔热性能就越好。"Liu说："虽然发现这些材料本身就蕴含着一系列应用的巨大潜力，但作为研究人员，我们感到特别兴奋，因为我们已经确定了造成这些特性的机制，即苯环发挥的关键作用。"在实验中，研究人员至少发现了三种不同的二维HOIP材料，它们的导热性能越差，硬度越高。Liu说："这项工作令人兴奋，因为它为具有理想性能组合的工程材料提供了一条新的途径。"研究人员还发现了二维HOIP材料的另一个有趣现象。具体来说，他们发现，通过在有机层中引入手性（即使有机层中的碳链不对称），即使有机层的成分发生了重大变化，也能有效地保持相同的硬度和导热性。这提出了一些有趣的问题，即是否能够优化这些材料的其他特性，而不必担心这些变化会影响材料的刚度或导热性。论文发表在《ACSNano》杂志上。曾在北卡罗来纳州立大学攻读博士学位的AnkitNegi是该论文的第一作者。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432919.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432919.htm

细菌纤维素可被用于制造新型可食用包装材料

细菌纤维素可被用于制造新型可食用包装材料塑料可能需要50到200年才能分解，具体取决于塑料的原料。几十年来，石油基塑料在包装中的使用导致了严重的污染，从而推动了开发更环保和可持续的包装材料。生物衍生聚合物提供了一种“绿色化”一次性包装的方法。其中一种细菌纤维素（BC）引起了研究人员的特别兴趣。BC是由细菌合成的超细纤维素纳米纤维网络，具有比植物纤维素更高的保水能力、更高的拉伸强度、质地明显柔软、纤维含量高等性能。现在，香港中文大学的研究人员利用BC创造了一种新型复合一次性包装材料，该材料不仅环保，而且还可以食用。该研究的通讯作者ToNgai表示：“人们对BC进行了广泛的研究，包括其在智能包装、智能薄膜以及通过混合、涂层和其他技术创建的功能化材料中的应用。”“这些研究证明了BC作为一次性塑料包装材料替代品的潜力，使其成为我们研究的合理起点。”作为该材料的基础，研究人员使用了Komagataeibacterxylinus细菌分泌的纤维素，该细菌是一种知名的可持续、无毒BC生产者。与植物纤维素不同，纤维素是通过发酵过程生产的，这意味着不需要砍伐树木或农作物，也不会破坏栖息地。顺便说一句，Komagataeibacter细菌经常被发酵来制作传统的茶饮料康普茶（红茶菌）。然后，研究人员将从大豆中分离出的大豆蛋白嵌入到纤维素结构中，并用海藻酸钙制成的耐油复合材料对其进行涂覆，总而言之，这是一个相对简单的过程。“它不需要化学反应等特定的反应条件，而是需要简单实用的混合和涂覆方法，”Ngai说。经过测试，他们发现这种新型材料透明、耐油、对人体细胞无毒，并在一到两个月内完全生物降解。他们发现，与低密度聚乙烯塑料相比，该材料作为一次性袋子来存放零食、糖果、街头食品、面包或类似食品的性能相当。用这种材料制成的吸管的强度足以刺穿市售珍珠奶茶的塑料膜，并且在水中浸泡24小时后仍能保持其完整性。Ngai表示：“这种方法为应对开发可持续和环保包装的挑战提供了一个有前景的解决方案，可以大规模替代一次性塑料。”最重要的是，该材料的成分意味着人类和动物可以安全食用。海龟和其他海洋动物可以安全食用，不会对海洋造成水生毒性。研究人员计划继续研究他们的新型包装材料，增强其多功能性并解决使用BC的缺点之一，即其热塑性或在高温下成型并在冷却时固化的能力。“细菌纤维素的主要挑战之一是它们不是热塑性的，这限制了它们在某些应用中的使用潜力，”Ngai说。“通过解决这个问题，我们希望使细菌纤维素薄膜比传统塑料更具竞争力，同时保持其生态友好性。这项研究提醒我们，天然原材料已经具备必要的特性，可以超越塑料包装的功能。”该研究发表在《化学工业协会》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368219.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368219.htm

CleanFiber希望将数百万吨纸板箱变成隔热材料

CleanFiber希望将数百万吨纸板箱变成隔热材料纸板似乎是解决隔热材料行业供不应求问题的完美纸质解决方案，但有一个问题：瓦楞纸箱中充斥着塑料胶带、运输标签甚至金属订书钉等污染物。将其转化为隔热材料远比新闻纸更具挑战性。然而，一家名为CleanFiber的初创公司预见到了这一转变，多年来一直致力于解决这一问题。迄今为止，CleanFiber已经生产出足够约20000个独户住宅使用的隔热材料。但公司首席执行官乔纳森-斯特林（JonathanStrimling）知道，公司要想在市场上站稳脚跟，就必须在纽约州布法罗的初始工厂之外拓展业务。根据GrandViewResearch的数据，美国的隔热材料市场被少数几家大型企业所垄断，价值125亿美元。Strimling也知道，他和他的团队需要更多的资金来扩大规模。他们上一次融资是在2022年，当时他们创造性地将股权和债务结合在一起，筹集到了1000万美元的A轮融资，使布法罗工厂得以全力运转。但要在全国范围内扩张，则需要更多的资金。使用全新工艺将不同的原料转化为现有纤维素隔热材料的直接替代品是该公司在开发产品时面临的一个挑战。它的成本不能再高了，而且它的性能必须与每天与它打交道的安装人员所使用的产品一样好，甚至更好。CleanFiber公司在完善生产工艺的同时，一直在以市场价格销售其棉包。Strimling没有透露公司生产的产品是否盈利，但他表示CleanFiber已经能够"将生产的边际成本大幅降低"。随着首家同类工厂的建成并投入运营，CleanFiber已经能够穿越死亡之谷中最险峻的部分之一。新建更多的工厂并不是一件轻而易举的事，但每建一个工厂都会变得容易一些。此外，斯特林指出，更严格的建筑法规意味着新住宅需要比以往更多的隔热材料。换句话说，CleanFiber不需要老牌企业的失败就能获胜。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427157.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427157.htm

科学家将蛛丝、蚕丝结合 创造新的神经修复材料

科学家将蛛丝、蚕丝结合创造新的神经修复材料修复受伤的周围神经的标准治疗方法是自体移植，即外科医生切除受损的部分，用身体其他地方的神经来代替它。移植的神经取自感觉神经，通常是硬脑膜神经，它为感觉不重要的皮肤区域提供感觉。但是，神经移植的成功率可能很低。神经导板，即缝合在被切断的神经两端以弥补缺口的管状结构已经存在了大约30年。然而，它们只能用于弥合小缺口。目前，FDA批准的神经导板仅限于1.2英寸（3厘米）以内的短距离神经缺陷。更长的距离需要一个内部框架，以提供必要的结构和细胞支持。牛津大学和维也纳医科大学的研究人员，通过结合两种不同的天然蚕丝，创造了一种新型的神经导引器，这种导引器取自蚕（Bombyxmori）和金球织蛛（Trichonephilaedulis），有可能使神经在更长的距离内再生。以前的研究已经证明了使用蚕丝作为生物材料的好处。蚕茧丝是由纤维蛋白和丝氨酸蛋白组成。两者都具有生物相容性、弹性和韧性。蚕丝纤维素已被证明可以通过增加细胞的增殖和生长来诱导伤口愈合。来自球状编织蜘蛛的拖曳丝具有显著的机械性能，包括高抗拉强度和弹性。研究人员首次将重组成管状的丝质纤维素和天然蜘蛛丝的特点结合起来，创造了一个嵌套导管。导管壁是由蚕丝纤维素制成的，里面充满了球状编织的蜘蛛拖网丝纤维，作为内部引导结构，有点像神经的"扶手"。该神经导引器在右坐骨神经被切断的大鼠身上进行了测试，带来了0.4英寸（10毫米）的明显差距。研究人员发现，受损的神经适应了丝质神经导板，并沿着丝线生长，成功地重新连接了断裂的神经末梢。该研究的第一作者LorenzSemmler说："在我们的研究中，事实证明，当这种丝线由蜘蛛丝和蚕丝制成时，周围的神经功能良好。"研究人员还对蚕丝管的分子结构有了更深的了解，发现它们的多孔性允许营养物质和废物的交换，这对愈合过程至关重要。此外，人们看到负责神经再生的细胞粘附在两种类型的丝上。Semmler说："作为我们研究的一部分，我们不仅成功地进行了神经修复，我们还能够详细地分析愈合过程的组成部分。"与合成物质相比，使用天然材料进行神经引导具有明显的优势。蜘蛛丝是可生物降解的，在动物模型中只产生非常小的免疫反应。它也是可扩展的。从一只织网蜘蛛身上收获的丝可以产生大约33英尺（10米），足以填充一个0.4英寸（10毫米）长的神经导引器。蚕丝的多孔性可以使生物活性分子融入其中，以促进更远距离的神经再生。该研究的共同作者FritzVollrath说："动物丝提供了特殊的机械和生物特性以及多功能的制造可能性，以协助组织的再工程。我们先进的丝中丝神经导引器将蚕丝被加工成三维结构的出色能力与蜘蛛丝的出色细胞粘附性结合起来。"研究人员希望他们的发现将为开发"现成的"神经导向器铺平道路，以治疗人类的周围神经损伤。该研究发表在《先进医疗材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352817.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352817.htm