研究人員希望開(kāi)發(fā)用于光學(xué)技術(shù)的新型生物塑料

來(lái)自帕德博恩大學(xué)、哈姆-利普施塔特應(yīng)用科學(xué)大學(xué)和亞琛-馬斯特里赫特生物基材料研究所 (AMIBM) 的科學(xué)家正在研究基于乳酸的新型環(huán)保塑料產(chǎn)品。其目的是為光學(xué)應(yīng)用開(kāi)發(fā)可持續(xù)材料，例如前燈、透鏡、反射器和光導(dǎo)。到目前為止，這些產(chǎn)品都是由石油基塑料制成的，如聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)，它們會(huì)污染自然和環(huán)境。該研究項(xiàng)目由德國(guó)聯(lián)邦食品和農(nóng)業(yè)部 (BMEL) 資助，金額約為 885,000 歐元，是其“可再生資源”資助計(jì)劃的一部分。該項(xiàng)目由 AMIBM 協(xié)調(diào)，由哈姆利普施塔特應(yīng)用科學(xué)大學(xué)發(fā)起，

盡管做出了種種努力，但不受限制地生產(chǎn)石油基塑料產(chǎn)品仍然是標(biāo)準(zhǔn)做法。對(duì)基于可再生資源的替代品的呼吁不僅在科學(xué)界和政治界越來(lái)越響亮，而且也在社會(huì)中被聽(tīng)到。“目前，重點(diǎn)是材料要求較低的應(yīng)用和銷(xiāo)量較高的市場(chǎng)。光學(xué)材料領(lǐng)域正在取得一些進(jìn)展。例如，以“改性聚碳酸酯”的形式，異山梨醇——一種可再生資源——被用作塑料中的第二單體。這些材料用于顯示器和光學(xué)薄膜——盡管目前很少使用，”帕德博恩大學(xué)化學(xué)系的克勞斯·胡伯教授說(shuō)，他是該大學(xué)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。馬斯特里赫特大學(xué)的 Gunnar Seide 教授解釋說(shuō)：“不幸的是，可持續(xù)性還不是消費(fèi)者的賣(mài)點(diǎn)。當(dāng)然，這是預(yù)期的，但價(jià)格昂貴。這意味著我們需要具有成本效益的技術(shù)特性的可持續(xù)高性能聚合物。這就是我們計(jì)劃通過(guò) PLANOM 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。”

科學(xué)家的目標(biāo)是使用生物塑料系列中的特定原材料作為車(chē)燈和前燈的光學(xué)材料。聚丙交酯已成為合適的候選者。“聚丙交酯或聚乳酸是從可再生原料中獲得的，是在碳水化合物發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的，這一過(guò)程稱(chēng)為“乳酸發(fā)酵”。例如，我們從酸菜中就知道了這一點(diǎn)。通過(guò)我們的方法，我們解決了傳統(tǒng)聚合物材料的幾個(gè)問(wèn)題。轉(zhuǎn)向短期可再生資源有助于建立不依賴(lài)石油的材料經(jīng)濟(jì)，同時(shí)顯著減少 CO2排放量，從而有助于實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)。第三個(gè)方面涉及查看整個(gè)材料生命周期。由于回收概念，這主要涉及避免使用微塑料，并評(píng)估生物降解性。作為一種完全基于生物的聚合物，聚丙交酯在某些條件下可以完全降解。這減少了它留在大自然中的時(shí)間。除了必要的特定應(yīng)用特性外，這些也是工業(yè)轉(zhuǎn)向此類(lèi)替代材料的主要?jiǎng)恿Α?rdquo;聚乳酸不僅在可持續(xù)性方面具有優(yōu)勢(shì)：“它還具有非常好的光學(xué)特性，可用于電磁光譜的可見(jiàn)區(qū)域。此外，聚乳酸的生產(chǎn)能力巨大。與傳統(tǒng)聚合物相比，這使其具有相對(duì)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，

最初正在研究聚乳酸與 LED 的結(jié)合使用，LED 是眾所周知的高效環(huán)保光源。Huber 解釋說(shuō)：“特別是極長(zhǎng)的使用壽命和可見(jiàn)光譜短波端發(fā)出的輻射，即 LED 光的高藍(lán)色成分，對(duì)光學(xué)材料提出了極高的要求。”這意味著需要使用極其耐用的材料。問(wèn)題：聚乳酸在 60 攝氏度左右就會(huì)軟化。然而，基于 LED 的燈在使用時(shí)可以達(dá)到高達(dá) 80 度的溫度。另一個(gè)挑戰(zhàn)是其結(jié)晶行為。在大約 60 度時(shí)，會(huì)形成微晶，使材料變得混濁?？茖W(xué)家們正在努力要么完全避免微晶的形成，要么用受控結(jié)晶代替這一過(guò)程，從而只形成尺寸不干擾光的微晶。“該項(xiàng)目旨在首次將聚乳酸用于高性能技術(shù)照明應(yīng)用，特別是作為自行車(chē)前燈的透鏡材料。為此，我們正在與邁納扎根的 Busch und Müller 公司密切合作。其他照明公司，包括位于 Lippstadt 的 HELLA，也對(duì)我們正在取得的進(jìn)展感興趣，并且看到在其產(chǎn)品中使用可持續(xù)解決方案的需求不斷增長(zhǎng)。在利普施塔特，

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