日本用传统纸与塑胶做出高强度的可降解材料

日本高知县日高市的日高和纸工厂，一名工人在“和纸”制造过程中将蒸过的kozo植物放入水箱中。（Kazuhiro Nogi/AFP via Getty Images）

化石塑胶材料大多无法回收或销毁，因此可分解的材料就成为许多人的期望。日本的一所大学将日本的传统和纸加入特殊塑胶，使其成为耐用和易生物降解的材料。

这种日本传统纸张是一种名为“和纸”（Washi）的纸，用来自甘皮树、桑树或构树内皮的纤维手工制成，因纤维较长使它通常比木浆制成的普通纸更坚韧。

数百年来日本把和纸用于书籍装订、艺术、家具和建筑上，甚至神道祭司和佛像的法衣和仪式物品也会采用，人们还能在一些折纸、书法和浮世绘等传统艺术上看到它的身影。

和纸本身拥有薄、柔韧且杂质含量低的特性，使其可保存超过1000年。再加上它本身的操作性高，可以用水分分离纤维，因此被用于修复世界各地的博物馆和图书馆（例如，法国如罗浮宫和梵蒂冈的博物馆）的那些具有历史价值的绘画、书籍和其它艺术品。

日本的东北大学（Tohoku University）研究团队将目光放到和纸（Washi）上。他们将聚丁二酸丁二醇酯塑胶（PBS）与和纸合成，产生强度更高、生物降解性更好的材料。该研究成果于5月9日发表在《复合材料A部分：应用科学与制造》杂志。

东北大学环境研究生院副教授栗田博树（Hiroki Kurita）团队选用的PBS是一种热塑性半结晶塑胶，拥有优良的机械性质和加工性能，且还有高度的生物降解性质。另外，他们选用和纸不仅是因为其韧性强，还因它的产量和用量不断降低，他们希望借此找到更多关于和纸的应用。

他们先是请宫城县一家和纸工坊的工匠帮他们生产，之后将三层和纸和两层PBS塑胶薄膜进行交叠组合，在通过150℃热压的方式使其形成一张纸，并挤出多余的PBS塑胶。这种堆叠方式，就像三明治的面包的中间包着馅料一样。

经过多次实验，他们发现该材料比纯和纸、纯PBS塑胶都要有更强的机械强度和极限拉伸强度。它极限拉伸强度比纯和纸（36.85 MPa）增强60%以上，达到惊人的59.85 MPa。

实验人员使用扫描式电子显微镜和光学显微镜观察发现，原本和纸中的纤维与纤维间有很大的空间，但PBS塑胶就像胶水一样填充这些空间，并与纤维产生强大的内部摩擦力，有效地固定了这些纤维，能够防止纤维位移和断裂。

另外，他们将这种复合材料放置在堆肥中，进行为期57天的实验。结果显示，降解速度要比单纯的PBS塑胶快，且在堆肥中静置35天后，其生物降解率达到惊人的82%。放置2周后，新型材料就变得极其脆弱;放置6周后，基本与堆肥内的物质混为一体。

该论文的合著者、东北大学环境研究生院副教授栗田博树（Hiroki Kurita）对该校新闻室表示，“我们用和纸创造了一种可分解的复合材料，它本身源自植物纤维，进一步改善了其性能，同时仍然保持了其古典美感。”

实验人员则表示，这种基于和纸的复合材料拥有快速生物降解和良好的机械强度，有望用于包装、家具和农业应用上。另外，栗田副教授相信，这次实验能够提高生物降解测试的标准，并为未来可生物降解复合材料的研究提供蓝图。