无害可降解矿物塑料，浙大团队新成果助力绿色中国

塑料是一种重要的人工材料，由于其独特的柔性、塑性和耐用性，几乎渗透到现代生活的方方面面。

目前的塑料的主要材质是有机聚合物。一方面，聚合物结构里面的碳元素共价键导致了塑料的多功能性能；另一方面，这些共价键也赋予了聚合物塑料耐用性，使得塑料在自然条件下很难被降解。

目前，由于回收技术的限制，只有大约百分之九的塑料可以在使用后被人工回收，而大量的塑料被倾倒到环境中。因此，开发天然可回收的塑料替代品是材料科学家的一项紧迫任务。

在地壳中，含有高丰度的地质矿物，这些地质矿物可自发参与地质循环，是自然的一部分。是否有可能制备以矿物为主的塑料来实现可持续性呢？

最近，浙江大学的科学家利用无机离子聚合与仿生矿化的手段制备了一种矿物主导的塑料。这种塑料拥有和传统塑料类似的柔韧性，且具有比一般塑料更好的硬度和热稳定性，同时能够在自然模拟条件下降解，残留的矿物可以通过地质循环回归自然，实现了无害化处理。

制备矿物主导的塑料的主要难点在于消除无机材料的脆性。在聚合物化学中，链结构赋予了聚合物柔性，交联 络的高交联度使聚合物材料具有刚性。这种关系也适用于无机材料：晶体体相由离子通过离子键相互连接组成，构成刚性的 络。我们可以将离子交联度定义为相互连接的离子数，这类似于聚合物化学中的交联度。因此，离子交联程度使晶体结构具有刚性和脆性。

磷酸钙（CaP）是一种天然地质矿物，具有优良的力学性能、生物相容性、生物降解性和环保性。此外，CaP 可以很容易地形成离子低聚物，并可以在宏观尺度上制备。

这些 CaP 纳米纤维被进一步分层组装成 络和大块材料，由于其矿物组成和低的有机聚合物含量，被命名为复合矿物（HMs）。

HMs 表现出像塑料一样的柔性和韧性，可以被塑造成不同的形状。即使是矿物含量高达的 81.7wt% 的 HM 样品，也可以弯曲至 90 度而不发生脆性断裂。同时，矿物成分赋予它们更高的硬度和热稳定性。矿物含量 81.7wt% 的 HM 样品具有高杨氏模量（19.52±1.04 GPa）和高硬度（0.78±0.07 GPa）。传统的 CaP 复合材料不可能具有如此高的矿物含量并保持结构的完整性。

另外，值得注意的是，矿物含量 81.7wt% 的 HM 样品在约 1300°C 的温度下经受丁烷喷灯的火焰炙烤 2 分钟后仍能保持其原始结构的完整性。同时，HMs 在自然模拟条件下可降解，残留的矿物与天然矿物相同，可以参与地质循环。

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参考：

1. Yu, Y., Guo, Z., Zhao, Y., Kong, K., Pan, H., Xu, X., Tang, R. and Liu, Z. (2022), A flexible and degradable hybrid mineral as a plastic substitute. Adv. Mater. Accepted Author Manuscript 2107523.

https://doi.org/10.1002/adma.202107523