科学家们发现，纤维素二醋酸泡沫（CDA）是海洋水域中降解最快的生物塑料。这种创新泡沫被证明是聚苯乙烯泡沫和一次性塑料（如食品容器）的实际替代品，因为它提供了传统塑料的所有优点，而没有增加塑料废物。研究人员在一个海水流动槽中评估了这种可生物降解的泡沫。经过36周，CDA泡沫失去了65-70%的重量，降解速度是固体CDA的15倍。
伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的研究人员多年来一直在调查哪些塑料在海洋环境中的生命周期最短和最长，旨在识别主要导致海洋污染的塑料产品，如吸管和食品包装纸。随着越来越多的可生物降解材料（如纤维素二醋酸（CDA）——一种由木浆制成的聚合物）被开发，科学家们急于确保它们能够替代传统塑料而不会对海洋生态系统造成伤害。
经过多年的研究，CDA的新版本作为在海水中降解最快的生物塑料出现——这是聚苯乙烯等泡沫塑料产品的有希望的替代品，聚苯乙烯在自然界中可以存在很长时间。在最近发表的ACS可持续化学与工程一文中，WHOI研究人员Bryan James、Collin Ward、Chris Reddy、Yanchen Sun和Kali Pate发现，通过在CDA中引入被称为泡沫的小孔，使其比固体CDA快15倍甚至比纸张更快地降解。
“这项研究最让我感到兴奋的是它的转化性质。这项工作是多年研究的结果，旨在理解CDA在海洋中的生物降解过程，”高级作者Ward表示。他与WHOI团队合作，与生物塑料制造公司Eastman合作，该公司提供资金、共同撰写研究并提供研究材料。
“我们以基础知识为基础，创造了一种新材料，不仅满足了消费者的需求，还能比当前已知的其他塑料材料在海洋中更快降解，甚至比纸张还快。这是一个重要成就，尤其是在一个往往强调塑料废物造成的问题而不是探索可能的解决方案的领域，”Ward继续说道。
该研究涉及在WHOI特别设计的实验室内，用玛莎葡萄园海域的流动海水观察泡沫和固体CDA。研究团队还管理了温度、光照和其他环境因素等变量，以尽可能接近真实海洋条件。
“使用不断流动的海水使我们能够在实验室中复制微生物丰富的海洋动态。由于海洋总是变化，模拟这种环境以更新微生物和营养物质，是创造更真实实验环境的关键，”首席作者James解释道。经过36周，研究人员发现CDA泡沫已失去其初始质量的65-70%。
在一个先前的研究项目中，使用这种动态海水槽，团队研究了由普通塑料、纸张、固体CDA和泡沫CDA制成的吸管。他们发现固体CDA和纸吸管比其他吸管更快失去质量。当比较两个由CDA制成的吸管时——一个固体，一个泡沫时，他们注意到泡沫吸管的降解速度比固体吸管快190%，因此与纸吸管相比，预期的环境生命周期减少。
“作为材料科学家和工程师，我很高兴能展示泡沫可以高效利用材料，以最少的材料实现功能，从而降低成本和环境影响，”James表示。“此外，当由可生物降解物质制成时，泡沫可以代表一种最不持久的材料形式。”
研究作者强调了替代聚苯乙烯和其他一次性塑料，尤其是那些常常污染海洋且不可生物降解的外卖容器的紧迫性。泡沫CDA产品已经开始进入市场，Eastman推出了一种轻便的可堆肥泡沫CDA托盘，旨在替代传统的用于商业食品包装的塑料托盘。
Eastman公司企业创新副总裁Jeff Carbeck指出，“行业与学术界之间的合作对于快速推动解决紧迫的全球问题至关重要，学术见解可以被行业合作伙伴用于大规模解决方案。”他说：“这就是我们与WHOI合作的运作方式; 这显著增强了我们对商业和开发材料的降解过程的理解。”
Carbeck强调了CDA泡沫在解决一次性塑料包装相关问题上的潜力。“泡沫的特性使它们非常适合多种包装和绝缘用途，而这项研究表明，使用可生物降解材料制成的泡沫如果意外落入海洋，将会迅速降解。采用可生物降解产品用于消费不仅对保护我们的生态系统至关重要，减少塑料废物，而且对未来几代人促进可持续性也至关重要，”他表示。
“与行业合作伙伴合作的一个好处是我们可以确保新技术具有可扩展性。设计新材料的目标之一是使其成为对聚苯乙烯产品的无缝、容易的替代品，这意味着将原料CDA转化为可生物降解泡沫的公司无需投资新机器，”Ward详细说明。“创造不以化石燃料为基础的、新的塑料、可堆肥且不会在环境中留下污染，可以为消费者和地球带来益处。”
