“最高可达82%生物降解” KAIST开发海洋可生物降解纸张涂层材料

在被认为对生物降解条件最为苛刻的海水环境中，也能使大部分微塑料实现生物降解的纸质涂层材料，已在韩国国内研发成功。

塑料造成的环境污染是全球性难题。尤其是在塑料分解过程中产生的直径5毫米以下微塑料，会在海水中和海面上漂浮数十年以上，进而污染海洋环境，由此引发严重问题。这也是此次研究结果备受关注的原因。

韩国科学技术院（KAIST）17日表示，由 KAIST 建设及环境工学系教授 Myoung Jaeuk、生物科学系教授 Yang Hanseul 与延世大学包装及物流学系教授 Seo Jongcheol 组成的联合研究团队，成功开发出一种可持续的海洋生物降解型高性能纸质涂层剂。

日常使用的纸质包装已经被认可为环保包装材料。但在耐湿性、阻隔氧气能力以及强度等方面仍存在较大局限。

为了提高纸质包装材料的阻隔性能，通常会采用聚乙烯（PE）、乙烯-醇共聚物（EVOH）等作为涂层材料。然而，这些物质不易分解，一旦暴露在自然环境中，就会成为加剧塑料污染的主要原因。

为应对这一问题，迄今为止虽然已经开发出多种利用生物基物质和生物降解塑料的包装材料，但在提升包装性能的同时，生物降解度却随之降低，这一“性能与降解度的两难困境”始终难以突破。

为克服这一难题，延世大学研究团队利用生物降解塑料——聚乙烯醇（polyvinyl alcohol）和硼酸（boric acid）制备出高性能薄膜，并将其涂覆在纸张表面，成功实现了兼具生物降解性、生物相容性、高阻隔性和高强度的包装材料。

开发出的涂层纸在氧气和水蒸气环境中表现出优异的阻隔性能，同时具有较高的物理强度。研究团队表示，尤其是在高湿环境下仍能保持较高的拉伸强度，从而突破了纸张固有缺陷，这一点具有划时代意义。

KAIST 研究团队为评估延世大学团队开发的涂层纸的可持续性，对其生物降解度和生物相容性进行了深入验证。

研究团队在实验室中模拟海洋环境，对涂层纸的生物降解度进行测定，并在111天内分析其碳元素向二氧化碳矿化（mineralization）的程度。结果显示，根据涂层成分不同，其生物降解率从最低约59%到最高约82%不等。

研究人员还通过电子显微镜观察了海洋微生物分解涂层材料的过程，并确认该涂层材料具有较低的神经毒性。随后又利用小鼠开展体内反应实验，验证了涂层纸较高的生物相容性。

KAIST 教授 Myoung Jaeuk 表示：“本研究的意义在于，在克服传统纸质包装局限的同时，提出了一种既能保持可持续性又能提升包装性能的涂层策略。研究团队开发的纸质涂层剂无需人为干预即可在自然环境中实现生物降解，而且属于低毒性物质，即便被无意丢弃也不会加剧环境污染，这为其作为塑料包装材料的可持续替代品提供了依据。”

主导高性能纸质涂层开发研究的延世大学教授 Seo Jongcheol 表示：“通过本次研究，我们开发出可替代难降解塑料包装的环保纸质包装技术。希望这一研究成果今后能够真正应用于实际工业现场。”

另一方面，本研究在韩国研究财团和农林食品技术企划评价院等机构的支持下完成。研究结果已在环保可持续科学技术领域及食品科学技术领域具有权威性的学术期刊《Green Chemistry》和《Food Chemistry》等的在线版上发表。