塑料研究的案例
塑料或找到替代品！研究：魷魚體內蛋白質可代塑料
中新網2月27日電 綜合報道，每年，有超過800萬噸塑料垃圾流入海洋，造成海洋生物死亡且傷害生態系，但減少塑料污染的關鍵可能就藏在海洋中。據一項研究顯示，魷魚體內發現的蛋白質能用來制造塑料的替代物。
資料圖：當地時間2018年3月3日，一名英國男子在巴厘島海域潛水時拍下觸目驚心的一幕。海洋中漂浮著大量塑料垃圾：瓶子、袋子、杯子、桶、吸管等等，魚類及其他海洋生物都避之而不及。 圖片來源：視覺中國
據美國有線電視新聞網(CNN)報道，據發表于化學期刊Frontiers in Chemistry的一項研究，魷魚體內發現的蛋白質能用來制造永續的塑料替代物。
魷魚用觸腕上的吸盤捕抓獵物，吸盤上有銳利的齒環，這些齒環是由類似絲的蛋白質所組成，這些蛋白質過去幾年已成為科學研究的主題。
研究報告的第一作者是賓州州立大學的狄米瑞(Melik Demirel)，他針對既有研究檢視這些蛋白質制成的物質。他表示，他的團隊從魷魚齒環蛋白質制造出纖維、涂料和3D物體的雛型。狄米瑞表示，這些天然物質可透過生物分解，并能成為“很棒”的塑料替代品。
魷魚齒環蛋白質可以全程在實驗室使用基因工程細菌做出來，不需要用到任何魷魚，制作過程以發酵為主，只需糖、水和氧氣。
展開 不知不覺，它已經開始攻擊地球家園的每一個角落！
，才第一次正式提出微塑料這一概念。而在這篇文章發表近10年后，2013年國內外科學家才開始真正將目光聚焦在微塑料上，關于微塑料相關研究的文章數目開始直線上升。
2015年12月28日，美國總統奧巴馬簽署了《2015無微珠水域法案》，禁止在美國生產和銷售刻意添加了塑料微珠的清潔類化妝品，標志著微塑料問題在政府層面上受到關注，從科研領域走入人們的生活。
從土壤污染到微塑料研究 方法是難題
與大部分從事微塑料研究的科學家不同，潘響亮對微塑料的研究不是從海洋，而是從土壤開始入手的，這源于他的特殊背景。“我之前在中國科學院新疆生態與地理研究所工作，大家都知道，新疆乃至于整個西北地區都非常干旱缺水，所以為了保溫保濕，使用塑料地膜十分普遍。同時，由于當地的紫外線特別強，塑料地膜老化非常嚴重，大量的地膜都破碎在土地中，造成了很大的污染。”
從2013年開始，潘響亮就開始從事微塑料相關研究。他回憶說，最初國內從事微塑料相關研究的團隊還不到十個，到了2018年第一屆全國環境(海洋)微塑料污染與管控學術研討會召開，參會的人數已經超過500人，有140多個團隊在從事相關研究。而到了今年，這個數目還在大幅增長。越來越多的人加入到這個領域中來，但是潘響亮也感嘆說:“盡管微塑料研究團隊像雨后春筍般地冒出來，但微塑料的研究依然處于起步階段。”
潘響亮表示，現階段關于海洋微塑料濃度的報道差異很大，主要由于目前國際上對微塑料缺乏統一的采樣標準，造成很難估算海洋中到底有多少微塑料。另外，粒徑較小的微塑料的危害目前也很難評價。這些微塑料很容易進入生物體內的各種組織中，但由于缺乏有效的研究方法，加之海洋環境的復雜性，人們對微塑料對海洋生態系統的安全和健康造成影響的程度，知之甚少。
近年來，科學儀器行業也在大力開發微塑料相關檢測技術。
展開 技術研究 | 不同批次塑料原料質量不穩定？教你一招解決！
在塑料生產過程中，原料質量不穩定問題一直是困擾生產企業的一大難題，比如使用同一供應商的不同批次原料，在相同的生產與加工工藝條件下，制成的成品合格率各不相同，此時若追責供應商，供應商會推責產品生產工藝問題，兩方各執一詞就也無法從根源上解決問題。
原料出廠時，供應商往往只會提供產品的熔融指數等基礎物性，但是高分子材料隨著溫度和剪切速率變化的流變性能，是科學制定材料加工工藝的關鍵，而熔融指數并不能很好反映原料在特定生產工藝條件下的加工性能。
若想從根源解決原料質量不穩定問題，可以利用高壓毛細管流變儀提供的流變數據作為指導，合理設定該聚合物的加工溫度和剪切速率。比如，對比合格原料和不合格原料在同一條件下的粘度曲線差異，推斷產生質量不穩定問題的來源，確定是原料問題還是加工工藝的問題；根據材料在不同溫度下的粘度曲線來優化產品的加工工藝，提高良品率。
展開 技術研究｜漲知識！塑料包裝材料的碳排放原來是這樣計算的
案例敘述
單元過程是進行生命周期清單分析時為量化輸入和輸出數據而確定的最基本部分，對于塑料而言一般將生產工藝過程劃分為塑料生產和包裝存儲兩大單元過程。經過調研和數據收集，目前塑料企業的產品主要包裝存儲方式有兩種：包裝運輸和非包裝槽罐車運輸。按照塑料產品碳計算邊界范圍劃分，產品的運輸不在計算邊界范圍內。槽罐車運輸一般是單一的物料，并且量較大，裝卸料需要專業的抽料設備，并不是所有的塑料企業都有能力使用槽罐車。大部分選擇的是包裝運輸的方式。對于相同的牌號的產品，其配方和生產能耗是一致的，但是根據不同企業的需求在包裝存儲單元過程中采用不同的包裝規格，會導致碳排放差異。因此，我們需要分析不同的包裝和存儲方式對塑料碳排放影響的差異，以便于制定包裝存儲單元過程的減碳路徑，助力塑料產品的低碳設計。
實景數據調研情況
目前塑料企業的產品包裝主要有2種，如下表所示：①鋁塑復合包裝袋②紙塑復合包裝袋。其中鋁塑復合袋防潮性能較好，主要用于尼龍等對濕度敏感的產品；紙塑復合包裝為通用的最廣泛的包裝。因此，本案例根據LCA方法和ISO14067標準，采用GaBi軟件同時建模計算分析了1個包裝袋和裝1噸產品的包裝袋的碳排放，以便于對比分析不同包裝袋帶來的碳排放差異和不同功能單位的包裝袋的碳排放的差異。
2、碳排放分析
功能單位是影響包裝碳排放值的一個主觀因素，同一個牌號，功能單位不同，其碳排放值的大小不同；對于塑料產品，一般按照單位質量的產品為功能單位統計，如1噸產品來統計，因此對功能單位為裝1噸產品的包裝袋的包裝碳排放進行進一步分析可以得出以下結論：鋁塑包裝碳排放值＞紙塑包裝碳排放值；包裝存儲減碳路徑：①采用可回收或可重復利用的包裝存儲方式，如非包裝槽罐車運輸；②采用輕量和低碳的包裝材料，如大規格包裝和紙塑包裝。
展開 
技術研究｜家用塑料外殼材料灼熱絲可燃性指數（GWFI）的判定方法
在全球塑料消費中，家電業僅次于汽車業。聚丙烯（PP）具有質輕、性能優良、耐腐蝕和易成形加工等優點，其優越性在于不僅能代替熱固性塑料和金屬，還能代替其他熱塑性塑料。環保要求家電產品節能、節水、部件可回收等，這使得聚丙烯在家電方面的應用日趨廣泛起來。對于家電殼體來說，具有高的強度（平衡的剛性/韌性性能）以及能吸引人的外觀是最重要的。Borealis 聚烯烴公司稱其推出的 PP 專用料達到 UL 94V-0 阻燃條件，適用于電視機后殼、內框和部件；Feno 公司推出高抗沖擊性、低翹曲的M PP25FU 22HB 共聚 PP，可用于生產音響的揚聲器；美國 Solar 公司用 Ferro 公司的玻璃增強PP 制造家用除草機外殼等。
家電外殼用材料，應當滿足一些阻燃性能，其中灼熱絲可燃性指數 GWFI 作為著火危險性試驗的一部分，與人們的人身財產安全息息相關，對于不可控的、不可靠的因素，需要尤其注意。筆者對改性阻燃聚丙烯樹脂（LDP-3008 P9W）進行灼熱絲可燃性指數（GWFI）測試，研究樣板燒至開裂或兩半時的火焰熄滅時間與樣板尺寸和灼熱溫度的關系，以期提高 GWFI 測試結果及判定的準確性和科學性。
1 、實驗
1.1 材料和儀器
改性聚丙烯樹脂 PP；
灼熱絲試驗機，測量溫度范圍：室溫～1 000℃。
展開 塑料樣條的制備條件對力學性能檢測準確性的研究
注塑前的預處理
在制備樣品前，塑料原料可能需要進行干燥處理，尤其是對于那些吸濕性較強的塑料如聚酰胺（PA）、ABS等。水分的存在會在拉伸過程中引發應力集中，導致樣品提前破壞，使測試結果失真。通常采用干燥烘箱，在設定的溫度（如80－100°C對于PA，60－80°C對于ABS）與時間（4－24小時不等，依原料性質與顆粒大小而定）條件下進行干燥，直至達到恒定質量，以確保水分充分去除。
三、標準檢測樣條制備
塑料樣條制備的標準化是材料性能檢測準確性的基石。力學測試中的重復性波動常源于材料特性差異與制樣環節偏差，國高材檢測中心依托30年高分子材料檢測經驗，通過原料預處理、模具精度控制、注塑參數優化，實現同批次樣條力學數據離散度低，顯著提升檢測可靠性。
展開 技術研究 | 沒想到這種方法做拉伸測試，塑料老化壽命差異這么大
塑料在使用過程中會受到溫度、濕度等影響而逐漸老化，老化后拉伸強度是對塑料耐老化性能的評估的重要依據。塑料老化后通常會出現粉化、變形等變化，拉伸強度測試準確性降低，因此提升老化后拉伸測試的準確性很有必要。
二、 實驗設計
1 、實驗樣品
A（改性聚丙烯）和B（玻纖增強聚丙烯）
2.1樣品老化
將樣品放入到熱老化烘箱內，老化溫度為150℃，老化至樣品粉化，期間老化24h、48h、168h，264h、480h和600h取出進行拉伸測試。老化溫度為120℃，期間老化24h、48h和168h取出進行拉伸測試。
2.2測試與表征
拉伸測試和處理：拉伸測試速度50mm/min，夾具間距115mm。
三、 實驗探究分析
2.1 不同溫度和時間老化對拉伸強度的影響
實驗中對兩種樣品分別用120℃和150℃進行老化，并在固定時間取樣進行拉伸測試，測試結果如下：
圖1 不同溫度下老化后拉伸強度
從測試結果來看，A（普通改性）隨著老化時間的增加，拉伸強度越來越低，溫度越高，降低的速度和幅度越大；同時在老化168h內，斷裂伸長率變化不大。B(玻纖增強)在120℃老化168h內，拉伸強度在一定的范圍內（±5MPa）波動。老化后，斷裂伸長率無明顯變化，150℃老化比120℃老化后斷裂伸長率較低一些。
2.2 粉化樣條測試方法研究
2.2.1 粉化樣品測試強度測試
在150℃老化600h以后，兩種樣品均出現了分化現象，玻纖增強料B出現浮纖，但是表面較為平整；普通改性A出現了分層現象，樣條粉化嚴重，表面不平整，出現較多裂紋，樣品內部分層， 老化后樣條如圖2。
展開 汽車安全氣囊塑料罩蓋點爆仿真材料卡片準確性提升研究
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新加坡國立大學He Chaobin教授團隊在“通用塑料廢棄物可控碳化”研究方向上取得重要進展
固體塑料廢棄物的處理與回收是當今社會可持續發展所面臨的重大挑戰。目前全球塑料廢棄物累計達63億噸，其中約90%的廢棄塑料被集中填埋或焚燒，既造成了嚴重的環境污染，又浪費了大量資源。與此同時，機械加工等物理回收方式往往只能得到附加值不高的混合塑料，而熱裂解、催化分解等化學回收方式也只能將廢棄塑料轉化成化工原料混合物，難以進一步低成本實現提純。聚合物中含有大量的碳元素（聚烯烴高達85.7%），因此使用塑料廢棄物作為碳源，通過碳化反應制備高附加值的碳材料，是一種在理論上行之有效的方法。從可持續發展的角度來看，塑料廢棄物基碳源具有低毒、價廉和來源廣泛的優點，使用不同的碳化方法可將塑料廢棄物轉化為形貌和結構可調控的碳納米材料，來滿足各種應用需求(e.g., Nat. Catal. 2020, 3, 902; Chem 2021, 7, 1487; Nature 2020, 577, 647)。
閔嘉康博士、龔江研究員及其合作者（特別是中科院長春應化所唐濤研究員課題組）致力于聚合物（特別是廢塑料）的可控碳化反應研究（Prog. Polym. Sci. 2019, 94, 1），拓展了 “組合催化碳化法” （Appl. Catal. B 2012, 185, 117; J. Mater. Chem. A 2019, 7, 22912; Sci. China Mater. 2020, 63, 779），并且提出了“活性模板碳化法”（J. Mater. Chem. A 2015, 3, 341; Waste Manage. 2019, 85, 333; Waste Manage. 2019, 87, 691; Chem.
展開 浙大唐睿康教授、劉昭明研究員團隊《Adv. Mater.》: 基于無機離子聚合策略 - 將脆性礦物轉變為柔性塑料
塑料是一類重要的人工合成材料，基于其獨特的性能（如柔韌性、可塑性和耐久性），各種各樣的塑料已經滲透到現代社會生活的方方面面。然而，構成塑料的高分子聚合物鏈的C-C共價鍵非常穩定，在自然環境中很難自發降解，形成了無處不在的白色污染，對陸地和海洋環境，生物都造成了巨大的影響。盡管世界各國出臺了各種各樣的政策來解決這個全球性的問題，比如塑料回收再利用。但目前只有約9%的塑料在使用后可以被回收，更多的塑料垃圾被傾倒在環境中。因此，開發環保塑料是確保人類可持續發展的關鍵。
與從石油化工產品中合成的聚合物塑料相比，地殼中最豐富的無機礦物對環境是友好的，也是自然界地質循環中的一部分。然而，這些礦物的脆性限制了它們作為塑料的應用。因此，制備礦物基塑料的主要困難在于消除無機材料的脆性。
在高分子化學中，長鏈結構賦予聚合物的柔韌特性，高度交聯的聚合物長鏈網絡使材料剛性增強。這種關系同樣也適用于無機離子晶體材料。可以將離子化合物的交聯度定義為相互連接的離子數，這與高分子化學中的交聯度類似。因此，離子的高度交聯使得無機離子晶體呈現剛性和脆性。因此，降低無機礦物的離子交聯度可以提高無機礦物的柔韌性。前期的研究表明，利用無機離子寡聚體的交聯和聚合（定義為無機離子聚合），能夠可塑制備礦物材料，但同時不能避免礦物固有的脆性離子網絡（Nature 2019, 574, 394-398）。
在自然界中，生物礦化能夠利用生物分子來控制無機晶體材料（如磷酸鈣（CaP）、碳酸鈣）的結晶和結構。 受此生物過程的啟發，在本研究中，他們使用有機聚合物來控制無機離子聚合，調控無機離子的交聯度從而解決晶體脆性的難題。
展開 中科院長春應化所陶友華研究員《Angew》：硫交酯-可用于閉環回收塑料的一類新單體
Ed.》上以“O-to-S Substitution Enables Dovetailing Conflicting Cyclizability, Polymerizability, and Recyclability: Dithiolactone vs Dilactone”為題在線發表了可用于閉環回收塑料的硫交酯單體的論文（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202109767)。
近年來，塑料的閉環回收的概念成為全世界高分子科學界關注的焦點，該方法通過設計特定的單體合成高分子材料，再將其直接轉化為原單體，從而實現資源循環和同級使用。8月13日，美國康奈爾大學高分子化學家Geoffrey W. Coates課題組在《科學》發文，以二氧戊環為單體，實現了塑料的閉環回收。
圖1. 硫交酯單體顯示熱力學有利于成環，動力學有利于開環聚合
近期，中科院長春應化所陶友華研究員提出硫交酯單體可以作為一類新型的單體用于閉環回收塑料。相比于大家熟知的乙交酯、丙交酯等交酯單體，硫交酯單體在熱力學上更有利于成環，在動力學上更有利于開環聚合（圖1），從而成功的將兩種看似矛盾的性質結合到一種單體上，使硫交酯單體相較于乙交酯、丙交酯等交酯單體，更容易合成、更容易聚合、也更容易實現閉環回收。同時，來源于纈氨酸的異丙基硫交酯的開環聚合，所得聚合產物具有無規但是結晶的不同尋常的特性。
經典的高分子化學理論中，單體的成環能力和開環聚合活性是相互矛盾的。如用于合成聚乳酸的丙交酯單體，具有較大的環張力，因此丙交酯單體開環聚合的活性較高，但丙交酯單體的規模化合成并不容易（直接環化的收率不到50%）。
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中國科學家研制出可在海水中“消失”的塑料
據介紹，中國科學院理化技術研究所降解塑料和工程塑料研究組是中國率先開展生物可降解塑料研究的單位。生物降解塑料大都是含酯鍵的高分子材料，分子鏈相對脆弱，因而可以被自然界許多微生物分解、消化，最終形成二氧化碳和水。
目前，該團隊的生物降解塑料生產及應用技術已經向4家中國企業完成了技術授權，其中3家已經順利投產，總產能達到每年7.5萬噸，占全球總量的一半。在認識到海洋塑料污染的嚴重性后，科研人員希望研發出在海水中可降解的材料。然而他們發現，在陸地上能夠快速降解的生物降解材料在海水中卻難以降解，甚至長時間都不降解，不能用來解決海洋中的塑料污染問題。經過多次反復實驗，理化技術研究所的科研團隊將非酶水解過程和水溶過程與生物降解過程結合起來，實現了材料在海水中快速降解。科研人員通過對材料的設計、合成、改性和加工使得其降解性能可根據不同的應用需求進行調控。
在近期于深圳舉行的旨在提升中國自主創新能力、加大先進科技成果轉化的第一屆“率先杯”未來技術創新大賽上，這一技術位列30個優勝項目之一。中國已將生態環境保護提高到前所有未有的層面，在解決本國生態問題的同時也為解決全球環境污染問題貢獻中國智慧。
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據介紹，中國科學院理化技術研究所降解塑料和工程塑料研究組是中國率先開展生物可降解塑料研究的單位。生物降解塑料大都是含酯鍵的高分子材料，分子鏈相對脆弱，因而可以被自然界許多微生物分解、消化，最終形成二氧化碳和水。
目前，該團隊的生物降解塑料生產及應用技術已經向4家中國企業完成了技術授權，其中3家已經順利投產，總產能達到每年7.5萬噸，占全球總量的一半。
在認識到海洋塑料污染的嚴重性后，科研人員希望研發出在海水中可降解的材料。然而他們發現，在陸地上能夠快速降解的生物降解材料在海水中卻難以降解，甚至長時間都不降解，不能用來解決海洋中的塑料污染問題。
海鳥正受到塑料污染的威脅。新華社記者殷博古攝
經過多次反復實驗，理化技術研究所的科研團隊將非酶水解過程和水溶過程與生物降解過程結合起來，實現了材料在海水中快速降解。科研人員通過對材料的設計、合成、改性和加工使得其降解性能可根據不同的應用需求進行調控。
在近期于深圳舉行的旨在提升中國自主創新能力、加大先進科技成果轉化的第一屆“率先杯”未來技術創新大賽上，這一技術位列30個優勝項目之一。
中國已將生態環境保護提高到前所有未有的層面，在解決本國生態問題的同時也為解決全球環境污染問題貢獻中國智慧。
來源：新華社
展開 CF/PEEK復合材料的性能研究-江蘇君華特塑-王二平
近年來，以PEEK為首的特種工程塑料，以其耐溫性高、韌性好、耐疲勞性好、自潤滑、阻燃、生物植入性材料、可回收等特點，迎合了航空航天、軍工、醫療、特殊機械行業的要求，應用領域逐漸拓寬。
PEEK與纖維材料的有效復合，大大提高了材料的性能。連續CF/PEEK復合材料中，連續碳纖維的高強高模特性，賦予復合材料很高的強度和模量，以及抗變形特性。碳纖維織物增強PEEK復合材料(本文簡稱為連續CF/PEEK，又稱為CCF/PEEK)，以其抗彎曲曲面韌性好，抗疲勞性好，具有單向帶材無法替代的優勢，應用于對曲面要求較高的場合。
由于PEEK價格高，與碳纖維結合的復合材料價格更是不菲。對其復合材料的研究，以tencate、蘇威、恩欣格、帝人等外資企業牽頭，國內研發相對延遲，主要集中在高校、科研院所和極少數企業之中。
江蘇君華特種工程塑料制品有限公司是為數不多的企業之一，江蘇君華立足于PEEK為基體的特種工程塑料研究，近年來由短纖維增強PEEK延展到連續纖維增強PEEK復合材料的研究，研發過程中一些成果供業內人士借鑒。
展開 PEEK高性能塑料——耐高溫、耐腐蝕 瀏覽次數：280
江蘇省（君華）高性能特種工程塑料工程技術研究中心的定位是圍繞PEEK等高性能特種工程塑料產業需求，以促進科技創新為目標，加強工程化研發平臺建設，開展工程技術研究、試驗和技術服務，推動PEEK等特種工程塑料前沿技術研究和核心關鍵技術攻關。
持續關注“連續碳纖維增強PEEK熱塑性復合材料項目”、“軍工、航空航天高性能特種聚醚醚酮（PEEK）項目”、“高性能聚醚醚酮（PEEK）型材擠出項目”、“醫用聚醚醚酮（PEEK）材料研發及植入產品設計開發項目”等。
