近日，我校材料學(xué)院茍進(jìn)勝副教授團隊以未經(jīng)任何化學(xué)預處理的廢紙為原料制備了一種可生物降解的泡沫材料，該泡沫具有低密度、低導熱性、優(yōu)異的機械強度和出色的緩沖性能，可以用作環(huán)保緩沖包裝，有效替代泡沫塑料，確保產(chǎn)品在運輸過(guò)程中得到保護。相關(guān)成果發(fā)表于期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》，引起了領(lǐng)域內的高度關(guān)注。日前，本研究相關(guān)成果被美國化學(xué)學(xué)會(huì )（ACS）和美國化學(xué)與工程新聞（Chemical & Engineering News）作為“前沿化學(xué)研究亮點(diǎn)和新聞”，以“Upcycling leftover cardboard to make a new type of foam packaging”為題進(jìn)行專(zhuān)題評論報道，包括Bioengineer, ScitechDaily, ChemEurope和Innovazione在內的多家國際媒體進(jìn)行了轉載報道。
泡沫塑料是一種常用于運輸包裝的合成高分子材料，由于其不可生物降解的性質(zhì)和對不可再生石油資源的依賴(lài)，對環(huán)境提出了重大挑戰。因此，研發(fā)環(huán)保、性能優(yōu)異的生物降解緩沖材料替代泡沫塑料具有重要意義。針對以上問(wèn)題，我校材料學(xué)院茍進(jìn)勝副教授團隊在廢紙發(fā)泡、廢紙基氣凝膠方向進(jìn)行多年研究，相關(guān)成果被授予發(fā)明專(zhuān)利“一種剪切增稠液增強紙漿發(fā)泡材料及其制備方法”和實(shí)用新型專(zhuān)利“一種可拆卸式多種定向冷凍裝置”。
在前期研究的基礎上，研究團隊將PVA和明膠引入到廢紙泡沫體系，形成了緊密交織和高度多孔的結構，纖維之間形成“膜連接”和“橋連接”結構，極大增強了材料力學(xué)性能，與未添加PVA和明膠的廢紙泡沫相比，分別提高了416.7%和638.3%，與傳統發(fā)泡塑料材料相比，在相同應變下具有承受高出3-4倍的應力，這一特性保證可以作為替代發(fā)泡塑料的優(yōu)良緩沖材料。
廢紙泡沫材料的微觀(guān)形貌
為了進(jìn)一步提高廢紙泡沫材料的緩沖性能，制備了納米級非牛頓流體（STF）并將其浸漬其中，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測試結果可以看出，浸漬了STF的廢紙泡沫能有效減弱沖擊加速度，延長(cháng)緩沖時(shí)間，動(dòng)態(tài)緩沖性能和能量吸收性能得到了顯著(zhù)改善，可用于無(wú)傘空投等大沖擊場(chǎng)景。
浸漬STF的廢紙泡沫材料的動(dòng)態(tài)緩沖特性
材料制備及應用場(chǎng)景展示圖
我校材料學(xué)院碩士研究生張斌為文章第一作者，茍進(jìn)勝副教授為通訊作者。該研究得到了“木質(zhì)材料科學(xué)與應用教育部重點(diǎn)實(shí)驗室（北京林業(yè)大學(xué)）”和“木材科學(xué)與工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗室”的支持。
