在當(dāng)今全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)日益重視的背景下，傳統(tǒng)石化塑料的不可降解性給環(huán)境帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。據(jù)研究預(yù)測(cè)，到2025年將有110億噸塑料被直接棄至自然環(huán)境，而石化塑料由于具有較強(qiáng)的共價(jià)鍵，其自然降解性通常很差，不完全分解產(chǎn)物即微塑料在土壤中不斷積累，造成長(zhǎng)期且嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，開(kāi)發(fā)可生物降解的替代材料成為了科研人員的重要課題。來(lái)自東華大學(xué)和青島大學(xué)的研究人員在中國(guó)工程院院刊《Engineering》發(fā)表了題為“Large-Scale Preparation of Mechanically High-Performance and Biodegradable PLA/PHBV Melt-Blown Nonwovens with Nanofibers”（高機(jī)械性能可生物降解PLA/PHBV熔噴納米纖維材料的規(guī)?；苽洌┑难芯空撐臑槲覀儙?lái)了新的希望。

文章報(bào)道了一種規(guī)?；苽涓邫C(jī)械性能、可生物降解的PLA/PHBV [PLA：聚乳酸；PHBV：聚（3-羥基丁酸-co-3-羥基戊酸酯）]熔噴纖維材料的簡(jiǎn)單方法。PLA作為一種可生物降解材料，因其良好的生物相容性和可再生性，在醫(yī)療、制藥、農(nóng)業(yè)、包裝、服裝等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，PLA熔噴纖維材料通常存在強(qiáng)度低、韌性差的缺點(diǎn)，這限制了其在一些高性能要求領(lǐng)域的應(yīng)用。為了解決這一問(wèn)題，研究人員在PLA中加入了少量的PHBV，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種添加可以提高材料的結(jié)晶速率和結(jié)晶度。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究人員將PLA和PHBV在80℃的鼓風(fēng)烘箱中烘干12小時(shí)以去除水分，然后分別將PHBV母粒以質(zhì)量分?jǐn)?shù)0、2.5%、5.0%和7.5%的比例與PLA母粒均勻混合，最后采用熔噴設(shè)備制造樣品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)PHBV含量從0增加到7.5wt%時(shí)，PLA/PHBV熔噴纖維的直徑明顯減小，納米纖維的比例從7.7%增加到42.9%。特別是當(dāng)PHBV含量為5wt%時(shí)，所得PLA/PHBV熔噴纖維材料表現(xiàn)出較高的力學(xué)性能，其拉伸應(yīng)力、伸長(zhǎng)率和韌性分別達(dá)到2.5MPa、45%和1.0MJ/m3。這一結(jié)果表明，通過(guò)添加適量的PHBV可以顯著改善PLA熔噴纖維材料的力學(xué)性能，使其能夠滿足更多高性能應(yīng)用的需求。

更令人振奮的是，這種PLA/PHBV熔噴纖維材料還具有良好的生物降解性。研究人員將PP（聚丙烯）、PLA和PLA/PHBV熔噴纖維材料裁剪成10 cm × 10 cm的大小，埋在10 cm深的土壤中，并添加了10%的高效微生物堆肥菌以加速生物降解。實(shí)驗(yàn)觀察到，PLA和PLA/PHBV熔噴纖維材料在土壤中埋藏2個(gè)月后開(kāi)始破裂，4個(gè)月后可以完全降解為二氧化碳和水，而PP熔噴纖維材料則沒(méi)有明顯變化。這表明，PLA/PHBV熔噴纖維材料在使用壽命結(jié)束后能夠自然降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成長(zhǎng)期污染，是一種環(huán)境友好的材料。

此外，研究人員還對(duì)PLA/PHBV熔噴纖維材料的拉伸過(guò)程進(jìn)行了表征和分析，并提出了熔噴纖維材料的一般拉伸破壞模型。這一模型的建立為進(jìn)一步提高非織造材料的力學(xué)性能提供了理論依據(jù)，有助于推動(dòng)可生物降解材料在更多領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

這項(xiàng)研究提供了一種規(guī)?；苽渚哂懈邚?qiáng)度和優(yōu)異韌性特征的可生物降解PLA/PHBV熔噴纖維材料的新方法。通過(guò)在PLA中添加少量PHBV，不僅提高了材料的結(jié)晶速率和結(jié)晶度，改善了力學(xué)性能，還保持了良好的生物降解性。這種材料有望取代現(xiàn)有的PP熔噴纖維材料，在醫(yī)療、過(guò)濾、環(huán)保等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，可生物降解材料將在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。