一篇來(lái)自巴西研究人員的新發(fā)表的論文，探討了利用香蕉皮和佛手柑皮這兩種未被充分利用的農(nóng)業(yè)和食物垃圾作為生物材料來(lái)制造生物基硬質(zhì)聚氨酯泡沫。
利用食品和農(nóng)業(yè)廢物制造增值產(chǎn)品
循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)是利用廢物流制造可用于多個(gè)工業(yè)部門的增值產(chǎn)品。這樣既可以減少碳排放，節(jié)約原始資源，又可以為人類社會(huì)的可持續(xù)性提供一條新途徑。
農(nóng)業(yè)和食品的廢物已被開(kāi)發(fā)應(yīng)于多種用途，制造可持續(xù)和綠色的產(chǎn)品，極大地減少了碳足跡。農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)的規(guī)模為不斷增長(zhǎng)的全球人口提供了保障，也確保了這些廢棄資源的大量供給。
提高聚氨酯生產(chǎn)的可持續(xù)性
聚氨酯是一種具有廣泛商業(yè)用途的材料，如絕緣保溫材料、粘合劑、密封劑等。這種關(guān)鍵的工業(yè)聚合物傳統(tǒng)上是由石化工業(yè)的副產(chǎn)品制成的，這種生產(chǎn)路徑正變得越來(lái)越不可持續(xù)。
在全球范圍內(nèi)，聚氨酯的消費(fèi)價(jià)值超過(guò)超過(guò)600億美元，隨著需求的增加，預(yù)計(jì)這一數(shù)字將在不久的將來(lái)上升到800億美元以上。聚氨酯泡沫是一種流行的熱固性塑料，分為三類：硬質(zhì)泡沫、半硬質(zhì)泡沫和柔性泡沫。這種分類取決于材料的交聯(lián)密度和程度。
硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料因其低導(dǎo)熱性、閉孔結(jié)構(gòu)、低吸水性和增強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度而需求巨大。在絕緣保溫、汽車部件、包裝和制冷部件的領(lǐng)域，其性能可與其他材料（如多孔混凝土、發(fā)泡聚苯乙烯和礦物棉）相媲美。
然而，盡管它具有優(yōu)越的絕緣性能，但這種材料的高成本阻礙了它作為絕緣保溫材料的廣泛應(yīng)用，因?yàn)槭忻嫔嫌懈阋说奶娲贰?
此外，使用石化產(chǎn)品來(lái)制造聚氨酯泡沫可能存在一些問(wèn)題，因?yàn)槭凸I(yè)已經(jīng)與氣候變化聯(lián)系在一起，而且預(yù)計(jì)未來(lái)幾十年全球儲(chǔ)量將嚴(yán)重枯竭。
因此，迫切需要提高聚氨酯行業(yè)的可持續(xù)性，擺脫傳統(tǒng)的石化生產(chǎn)路徑。近幾十年來(lái)，使用具有成本效益和來(lái)源豐富的生物基材料制造聚氨酯已變得越來(lái)越有吸引力。
目前廢棄的水果和蔬菜生物質(zhì)被從生產(chǎn)鏈中移除出去后被填埋，所以，這些廢棄物具有巨大的環(huán)境吸引力。這種趨勢(shì)反映在使用農(nóng)業(yè)和食品廢料生產(chǎn)其他幾種聚合物材料上，如聚氯乙烯、聚丙烯和聚乳酸。
研究?jī)?nèi)容
作者重點(diǎn)研究了兩種常見(jiàn)的未得到充分利用的廢料，它們是香蕉皮和佛手柑皮，分別來(lái)自榨汁和榨油工業(yè)。已經(jīng)注意到，對(duì)可持續(xù)性硬質(zhì)聚氨酯泡沫已經(jīng)就使用纖維素基纖維，木質(zhì)素顆粒，紙和粉末殘留物以及工業(yè)和生活殘留物作為填料進(jìn)行了研究。
使用蔬菜和水果廢棄下腳料具有顯著降低硬質(zhì)聚氨酯泡沫制造成本的潛力，與合成填料相比具有顯著的成本效益。香蕉是世界上消耗量第二大的糧食作物，每年消耗量超過(guò)1億噸。除了直接食用外，香蕉還用于制造果醬、酒精和其他食品與飲料。
佛手柑通常用于生產(chǎn)果汁和榨油，其主要商業(yè)用途之一是精油。此外，佛手柑果皮還用于動(dòng)物飼料，果皮約占水果總重量的50-60%。每年都有大量來(lái)自香蕉和佛手柑加工的果皮被浪費(fèi)掉了。
兩種水果均來(lái)自巴西的一家超市，并使用烤箱干燥工藝制備。對(duì)干燥的果皮進(jìn)行濕分析和灰分分析。作者研究了將兩種水果的果皮以三種不同的比例（5%、10%和15%）添加到硬質(zhì)聚氨酯泡沫中。
摻入制備的聚氨酯生物泡沫中后，進(jìn)行了FT-IR、形態(tài)學(xué)測(cè)試、熱穩(wěn)定性分析、吸水率分析和抗壓強(qiáng)度測(cè)試，以確定材料樣品的特征。此外，還進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。
研究結(jié)果
FT-IR和濕化學(xué)分析證實(shí)了填料與聚氨酯的高度化學(xué)相容性，SEM分析顯示了填料的充分分布。佛手柑果皮在與聚氨酯基質(zhì)的兼容性方面優(yōu)于香蕉皮。填料類型和含量?jī)H對(duì)所制備樣品的顏色、表觀密度、吸濕性和抗壓強(qiáng)度特性有輕微影響。
與純硬質(zhì)聚氨酯泡沫相比，加入生物填料的樣品展現(xiàn)出熱穩(wěn)定性增加了114%，氣泡大小增加了80%。加入15%的佛手柑皮作為填料顯示出優(yōu)異的效果，成核機(jī)制促進(jìn)了橢圓氣泡成型。然而，觀察到填料與硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料交界面強(qiáng)度較低，并發(fā)現(xiàn)氣泡邊緣破裂。
作者表示，未來(lái)的研究將需要更深入地了解這些生物填料對(duì)聚氨酯泡沫的尺寸穩(wěn)定性和熱導(dǎo)率的影響。
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