作者：段躍初 黃湘紅

在當今社會，塑料污染已成為全球面臨的重大環境問題之一。尋找可替代石油基塑料的環保材料，成為了科學家們不懈努力的方向。2024 年 8 月 26 日，一則令人振奮的消息傳來：國家林業和草原局竹子研究開發中心以竹代塑創新團隊成功將竹材直接加工成高強度、耐水以及可降解的全竹熱固性塑料異形產品。這一突破性的成果，為解決塑料污染問題帶來了新的希望。

一、塑料污染的嚴峻形勢

石油基塑料自問世以來，因其輕便、耐用、成本低廉等優點，迅速在全球范圍內得到廣泛應用。然而，隨著時間的推移，石油基塑料帶來的環境問題也日益凸顯。

首先，石油基塑料難以降解。大量的塑料制品被隨意丟棄后，在自然環境中可能需要數百年甚至更長時間才能完全分解。這些無法降解的塑料垃圾不僅破壞了自然景觀，還對土壤、水源和空氣造成了嚴重污染。

其次，石油基塑料的生產消耗大量的石油資源。石油是一種不可再生資源，隨著全球石油儲量的逐漸減少，石油基塑料的可持續性面臨巨大挑戰。

此外，石油基塑料的生產和處理過程還會產生大量的溫室氣體和有害物質，對全球氣候變化和人類健康造成威脅。

面對如此嚴峻的形勢，尋找可替代石油基塑料的環保材料已刻不容緩。

二、竹子作為替代材料的優勢

竹子，作為一種古老而神奇的植物，具有許多獨特的優勢，使其成為有潛力替代石油基塑料的材料。

1. 生長快速

竹子是世界上生長速度最快的植物之一。一些竹種每天可以生長幾十厘米，甚至在適宜的條件下，幾個月內就可以長成高大的竹子。這種快速生長的特性意味著竹子可以在較短的時間內提供大量的原材料，滿足市場對替代材料的需求。

2. 可再生

與石油等不可再生資源不同，竹子是可再生資源。只要合理管理和采伐，竹子可以不斷地生長和更新。這使得竹子在可持續發展方面具有巨大的優勢。

3. 可生物降解

竹子是一種天然的可生物降解材料。在自然環境中，竹子可以通過微生物的作用逐漸分解，不會對環境造成長期的污染。相比之下，石油基塑料難以降解，對環境的危害更大。

4. 環境友好

竹子在生長過程中吸收二氧化碳，釋放氧氣，對環境具有積極的影響。同時，竹子的種植和采伐過程相對環保，不會產生大量的溫室氣體和有害物質。

此外，竹子還具有強度高、韌性好、美觀等優點，使其在建筑、家具、工藝品等領域得到廣泛應用。如今，隨著科技的不斷進步，竹子的應用領域正在不斷拓展，以竹代塑成為了可能。

三、傳統竹材加工的局限性

雖然竹子具有許多優勢，但在傳統的竹材加工過程中，也存在一些局限性，限制了其在替代石油基塑料方面的應用。

1. 結合能力較弱

竹材自身的結合能力較弱，往往需要與膠黏劑或其他材料復合使用。這不僅增加了生產成本，還可能會帶來空氣污染的風險。一些膠黏劑中含有揮發性有機化合物（VOCs），在使用過程中會釋放到空氣中，對人體健康和環境造成危害。

2. 天然可塑性較差

與石油基塑料相比，竹材的天然可塑性較差。在成型過程中，竹材需要依賴水熱處理進行軟化和定型，這在一定程度上限制了其應用范圍。水熱處理不僅需要消耗大量的能源和水資源，還可能會導致竹材的性能下降。

3. 加工工藝復雜

傳統的竹材加工工藝相對復雜，需要經過多道工序才能將竹材加工成所需的產品。這不僅增加了生產成本，還降低了生產效率。此外，傳統的竹材加工工藝往往難以實現大規模生產，無法滿足市場對替代材料的需求。

四、創新技術實現竹材的華麗“變身”

為了克服傳統竹材加工的局限性，國家林業和草原局竹子研究開發中心以竹代塑創新團隊經過多年的努力，成功開發出一種創新技術，將竹材直接加工成高強度、耐水以及可降解的全竹熱固性塑料異形產品。

1. 技術原理

該技術采用了一種創新策略，通過結合亞氯酸鈉和醋酸的選擇性作用，實現了對竹材中部分木質素的有效去除。木質素是竹材中的一種重要成分，它賦予了竹材一定的強度和硬度，但也限制了竹材的可塑性。通過去除部分木質素，可以提高竹材的可塑性，使其更容易加工成各種形狀的產品。

同時，利用高碘酸鈉對糖單元進行定向醛基化處理，成功地對竹材細胞壁的結構與組分進行了定向重構。這一重構過程不僅顯著增強了竹材單元的反應活性，還大幅提升了其可塑性。

在此基礎上，通過熱壓致密化工藝，團隊成功地將處理后的竹材直接轉化為熱固性塑料產品。熱固性塑料是一種在加熱后會發生化學反應，形成三維網狀結構的塑料。這種結構使得熱固性塑料具有高強度、耐水、耐熱等優點，適用于各種惡劣的環境條件。

2. 產品性能

這種新型的全竹熱固性塑料展現出了與聚苯乙烯、酚醛樹脂和聚氯乙烯等硬質塑料相媲美的卓越力學性能。它具有高強度、高硬度、耐磨損、耐沖擊等優點，可以滿足各種工業和民用領域的需求。

同時，該產品還具有良好的耐水性。在水中浸泡一段時間后，其性能不會發生明顯變化，這使得它可以在潮濕的環境中使用。

此外，全竹熱固性塑料是可降解的。在自然環境中，它可以通過微生物的作用逐漸分解，不會對環境造成長期的污染。這一特性使得它成為了一種真正的環保材料。

3. 應用前景

這種新型的全竹熱固性塑料具有廣闊的應用前景。在工業領域，它可以用于制造汽車零部件、電子產品外殼、建筑材料等。在民用領域，它可以用于制造餐具、玩具、家居用品等。

與傳統的石油基塑料相比，全竹熱固性塑料具有環保、可持續、高性能等優點。隨著人們對環保意識的不斷提高和對可持續發展的日益重視，全竹熱固性塑料有望在未來的市場中占據重要地位。

五、創新技術的意義和影響

1. 環保意義

這項創新技術的成功開發，為解決塑料污染問題提供了一種切實可行的解決方案。全竹熱固性塑料的可降解性和環境友好性，使其成為了一種真正的環保材料。它的應用可以減少石油基塑料的使用，降低塑料污染對環境的危害，促進可持續發展。

2. 經濟意義

竹子是一種豐富的自然資源，在中國及其他許多國家都有廣泛的分布。以竹代塑創新技術的應用，可以促進竹子產業的發展，增加農民的收入，推動地方經濟的發展。同時，全竹熱固性塑料的生產和應用也可以帶動相關產業的發展，創造更多的就業機會。

3. 科技創新意義

這項創新技術的成功開發，體現了中國在科技創新方面的實力和水平。它為全球范圍內的環保材料研究提供了新的思路和方法，推動了環保材料領域的技術進步。同時，它也為中國在可持續發展領域的國際合作提供了新的機遇和平臺。

六、未來展望

雖然以竹代塑創新技術取得了重大突破，但要實現全竹熱固性塑料的大規模應用，還需要進一步的研究和開發。

1. 技術優化

目前，全竹熱固性塑料的生產工藝還需要進一步優化，以提高生產效率和降低成本。同時，還需要加強對產品性能的研究和改進，提高其在不同環境條件下的穩定性和可靠性。

2. 市場推廣

要實現全竹熱固性塑料的大規模應用，還需要加強市場推廣和宣傳。提高消費者對環保材料的認識和接受度，促進全竹熱固性塑料在市場中的應用。

3. 政策支持

政府部門應出臺相關政策，鼓勵和支持以竹代塑產業的發展。加大對環保材料研發和生產的投入，為全竹熱固性塑料的推廣應用提供政策保障。

總之，國家林業和草原局竹子研究開發中心以竹代塑創新團隊的研究成果為解決塑料污染問題帶來了新的希望。相信在不久的將來，全竹熱固性塑料將在全球范圍內得到廣泛應用，為保護地球環境、促進可持續發展做出更大的貢獻。

來源: 科普文訊