香港中文大学: 葉やポリマー廃棄物を低コストで生分解性のPlanstic印刷フィラメントに変換

この投稿は warrior bear によって 2021-10-7 22:52 に最後に編集されました

2021年10月7日、Antarctic Bearは、香港中文大学の研究者が、ほぼ完全に生分解性があり、環境保護要件を満たすポリマーベースの3Dプリント材料を開発したことを知りました。
研究チームが開発した「プランスティック」フィラメントは、植物の葉とプラスチック廃棄物から作られており、高エントロピー繊維を備えている。これらの繊維は廃棄物が天然酵素を引き寄せるのを助け、処理中の分解を早めます。科学者らによると、この素材は土壌中でわずか8週間分解された後、完全に分解され、マイクロプラスチック粒子は最小限しか残らないため、主流のPETに代わる環境に優しい代替品となる可能性があるという。
「現在、生分解性プラスチックの主な問題は、単に小さな破片に分解されるだけであり、従来のプラスチックを完全に環境に優しい方法で処理することができないことです」と研究チームは論文で述べています。「Planstic は、酵素触媒分解によってこの問題を解決します。これにより、マイクロプラスチックの分解反応がより効率的になり、分解が加速されます。Planstic は二次汚染の処理コストを削減でき、日常生活で広く使用して、世界中のプラスチック分解の問題を解決できます。」
△研究者らが開発した「Planstic」3Dプリントフィラメントの製造方法。 ACS Applied Polymer Materials 誌からの写真。
マイクロプラスチック：世界的な脅威<br /> プラスチックは、本来多用途で安価で耐腐食性があるにもかかわらず、分解されるまでに何千年もかかることが知られています。つまり、これらのポリマー製品は廃棄されると、環境の持続的な汚染物質となり、特に有毒なマイクロプラスチックに分解され、食物連鎖を通じて人体に取り込まれるケースが増えている。
生分解性プラスチック袋の使用は欧米諸国のスーパーマーケットでは標準になりつつあるが、香港の科学者らは、これらのプラスチック袋は依然として原材料と製造過程で消費される大量のエネルギーを通じて二次汚染を引き起こしていると指摘している。
同様に、食品関連の使い捨て包装、カトラリー、容器は生分解性プラスチックで作られていると表示されていることが多いですが、実際には単に小さな破片に分解されるだけです。その結果、これらのポリマー製品の多くは、依然として拡大するマイクロプラスチック問題の一因となっており、最近の研究によると、現在、平均的なアメリカ人は年間39,000〜52,000個のポリマー粒子を摂取していることになる。
△ プランスティックフィラメントは8週間かけて分解しました。 ACS Applied Polymer Materials 誌からの画像。
「Planstic」ソリューション<br /> 世界がマイクロプラスチックの摂取をやめるのを助けるために、香港のチームは、天然酵素を使ってより効率的に小さなポリマー粒子を分解する、低コストの植物由来のプラスチックを開発した。プランスティックというニックネームが付けられた研究者らの新素材は、ハナズオウの葉と粉砕したPETを混ぜて可塑化し、「ケムボックス」で印刷して作られる。
科学者たちは、この材料を作成する過程で、分解に適した長い繊維を自然に含む、背の低い植物であるCercischinensisの葉を組み込むことが可能であることを発見した。研究チームはまた、これらの繊維の交差点を強化することで、結果として得られるフィラメントの特性が向上し、各成分の投与量を最適化してエネルギー損失を最小限に抑えることができることも発見した。
研究者たちは材料を完成させると、80% の植物繊維と 20% の PET を混合し、NanoscribePhotonic Professional GT2 3D プリンターを使用して一連の微細構造に堆積しました。 SEM 画像により、Planstic は 160 ナノメートルという微細な特徴を持つ部品を 3D プリントできることが示され、その後、圧力テストでは通常のビニール袋よりも弾力性があるが、強度は劣ることが証明されました。
プランスティックの繊維の生分解性を評価するために、研究チームはそれを堆肥化した土の中に置いたところ、葉の基部に含まれる酵素がケラチンなどの分解しにくい物質を分解できることを発見した。興味深いことに、材料の表面が不安定なため、微生物が接触して分解プロセスが加速し、プラスチックのほぼ完全な分解が達成されるため、分解速度も向上します。
研究者らは、最初の試験が成功した後、プランスティック素材がプラスチックを分解し、劣化を促進する微生物を引き寄せるのに効果的であることが証明されたと述べている。将来的には、この閉ループリサイクル法が埋め立てや焼却処分法に取って代わり、ナノテクノロジーのエネルギー圧力を軽減し、環境に優しい社会の構築に貢献できる可能性があると研究チームは示唆している。
△近年、生物3Dプリントの規模は拡大し続けています。写真はWASPの「TECLA」生態生息地を示しています。写真提供：WASP。
研究者らの研究結果は、Ziao Wang、Yao Xu、Rulin Liu、Xi Zhuが共同執筆した論文「Planstic: 廃棄プラスチックと植物の葉から作られた高エントロピー繊維を使用した生分解性プラスチック」に詳しく記載されている。
関連論文リンク: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsapm.1c01242

バイオ添加剤製造の進歩<br /> 他のプラスチックと同様に、多くの 3D プリントポリマーが世界のマイクロプラスチック問題の一部となっていることから、研究者は土壌から昆虫の糞まで、さまざまな天然要素を含むバイオ代替品の開発を続けています。
マサチューセッツ工科大学（MIT）の科学者たちは、独自の持続可能な3Dプリント生体材料を生産する手段として、研究室で培養された木材細胞に注目した。研究チームは、肉を培養するのと同じような方法で材料を栽培することで、木材の代替品に変えることができ、3Dプリントで手作りの家具にできる可能性があると考えている。
商業レベルでは、Desktop Metal 社は木材 3D 印刷子会社の Forust 社を通じてバインダージェッティングによる木製部品の製造も開始しました。同社は現在、木材製造業や製紙業から出るおがくずやリグニンなどの廃棄物の副産物のリサイクルを拡大しており、これらをバイオエポキシ樹脂と混合して建築用付加製造アプリケーションに使用しています。
建設業界では、WASP が土、米、殻、石灰などの天然素材を使用して、オールインワンの環境に優しいオーガニック住宅を 3D プリントしています。今年初めに完成した自立型カーボンニュートラル住宅「TECLA」は、持続可能な住宅建設の新しいモデルの概念実証として機能します。

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