4月10日，日本海洋研究开发机构、东京大学、东京理科大学团队宣布，他们成功地使纸板变得透明。这种透明纸板采用与普通纸板相同的主要成分——纤维素制成，是一种环保材料。它不仅可用于平面板材，还能加工成杯子、吸管等立体形状。此外，由于制造过程中产生的废液可循环利用，因此无需对外排放即可完成透明纸板的生产。更值得一提的是，该技术还能通过材料回收的方式，从透明纸板再生出新的透明纸板。即使因暴雨或台风等意外情况流入海洋，海水中的微生物也能将其降解，避免长期残留于海洋环境中。这项研发的海洋友好型材料有望成为替代造成海洋塑料污染的包装容器的关键解决方案。

 

 

该成果4月9日以“Fully circular shapable transparent paperboard with closed-loop recyclability and marine biodegradability across shallow to deep sea”为题刊登于《Science Advances》期刊。 

 

研究团队成功利用与普通纸板相同的植物源纤维素成分，开发出"透明纸板"。该材料在保持0.3-1.5mm（与普通纸板相当或更厚5倍）厚度的同时，展现出优异透光性。尤其在0.3-0.7mm包装常用厚度范围内，雾度值低于30%，即使透过纸板仍可清晰辨识百米外的物体。

 

透明纸板制造过程

 

其硬度与强度测试显示超越聚碳酸酯等硬质塑料，并能加工成吸管、杯子等立体造型。由于湿强度显著高于普通纸板，未经处理即可盛装液体。

 

 

虽然用这种材料制成的杯子在三小时后会出现轻微漏水，但添加植物基树脂涂层后，材料接触角超90度，提高了其保留液体的能力，实现透光防水双功能。

 

 

这种透明纸板是通过以下步骤制成的：（1）高温熔化纤维素，并在室温下放置使其硬化，（2）用水冲洗，（3）干燥。在溶解该纤维素的工序1中，使用溴化锂水溶液作为溶剂。步骤2中水洗时产生的废液是用水稀释的溴化锂水溶液，通过浓缩该溶液，可以将其重新用作步骤1中的溶剂。另外，浓缩产生的水还可以用于步骤2的洗涤工序。这证明了封闭式制造工艺的可行性，该工艺对环境的影响极小，并且不会向外部排放任何废液。还可以将透明纸板粉碎，然后重新塑造成透明纸板，回收过程简单，但材料的透明度会降低。

 

 透明纸板的整个生命周期，包括制造、回收和拆卸过程

 

回收利用的示例

 

最后，对透明纸板在海洋环境中的生物降解性进行了验证。尤其考虑到最终垃圾会积聚的深海海底水温低、微生物数量少，必须通过在实际深海环境中长期放置来准确评估其生物降解性。为此，研究团队综合利用了海洋研究开发机构拥有的载人潜水调查船"深海6500"、无人探测器"海豚号"和"KM-ROV"、以及自由落体式着陆器"江户子1号"等多种设备，完成了透明纸板的布设回收和高精度分析。在所有进行试验的深海区域，透明纸板均出现了重量减少现象。

 

 

为明确这种重量减少是否由微生物作用导致，通过电子显微镜观察和宏基因组分析发现：从深海回收的透明纸板表面可见附着微生物形成的穿孔。宏转录组分析结果表明，这些富集的微生物能够产生纤维素酶和β-葡萄糖苷酶等参与纤维素分解的酶类。由此证实即使在深海环境中，纤维素分解微生物也会促使透明纸板发生生物降解。虽然深海生物降解速度随水深增加而减缓，但在所有试验海域的深海海底均观测到透明纸板被降解的现象。根据测得的降解速率计算，在约700-1000米水深的深海区域，用这种透明纸板制成的杯子可在6个月至1年内完全降解。实际在相模湾三崎冲757米深处通过延时摄影观测降解过程时，研究人员确认透明纸板制成的杯子在4个月内几乎完全消失。

 

这项研究成功开发出一种名为 “透明纸板 ”的友好材料，它满足了下一代通用材料的三个基本条件：(1) 生物质衍生；(2) 可回收；(3) 海洋生物降解。 透明纸板有望成为替代现有塑料的王牌，但在投入实际应用之前，仍有许多障碍需要克服。 特别是通过制造能耗测算发现，要实现规模化生产与成本控制，必须确立"连续化生产工艺"并"高效回收再利用废弃溶剂"。特别是生产能源计算的结果表明，“建立连续的生产流程 ”和 “提高废溶剂的回收和再利用效率 ”对于扩大生产规模和降低生产成本至关重要。 研究人员表示，未来的目标是克服这些挑战，在透明度至关重要的应用中用透明纸板代替塑料。