宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种廉价的生物材料，可用于包装和替代塑料包装的可再生隔离涂层。该材料由几乎等量的木材、棉花、壳聚糖等处理过的纤维素浆和壳聚糖组成，完全可降解。壳聚糖来源于甲壳素，后者是节肢动物和甲壳类外骨骼的主要成分，通常来自龙虾、螃蟹和虾壳等废弃物。

农业科学院农业与生物工程教授兼首席研究员Jeffrey Catchmark表示，这种环保隔离涂层应用广泛，从防水纸张到天花板瓷砖和墙板的涂料，再到食品保鲜涂层。他说：“这种材料出人意料的强大，其不可溶的粘合性对产品包装和其他应用非常有用，例如可以制成性能更好、完全天然的木质纤维复合材料，甚至可用于地板。”该技术还可能用于食品中，减少煎炸过程中的油脂吸收并保持脆性，同时由于以纤维为基础，还能增加膳食纤维摄入。

Catchmark解释道，羧甲基纤维素和壳聚糖之间坚固持久的粘合是材料性能的关键。这两种廉价的多聚糖已在食品工业和其他部门使用，它们带有不同种类的分子电荷，为复合物制造不透水膜、涂层、粘合剂等奠定了基础。他认为，如果这些阻隔性能良好的涂层能够取代美国每年用于食品包装的数百万吨石油塑料，将对降低污染产生巨大作用。

全球塑料产量每年接近3亿吨，仅美国一年就有超过2900万吨塑料成为城市生活垃圾，其中近一半是塑料包装。预计全球10%的塑料制品将成为海洋垃圾，对生态和人类健康造成重大威胁。最近在《绿色化学》上发表的研究表明，由羧甲基纤维素和壳聚糖纳米结构纤维颗粒制成的纸板具有优异的油水阻隔性能，还能抵抗甲苯、正庚烷和盐溶液，并提升在干燥和潮湿环境下的机械性能及水蒸汽阻隔性能。

Catchmark与宾夕法尼亚州立协会合作申请了一项涂料专利，并表示：“这些结果表明，在很多商业用途中，多聚糖电解质复合材料可能成为合成聚合物隔离材料的竞争对手。”他补充道：“此外，这项研究表明，在发生静电络合的多聚糖系统中出现了一些意想不到的新特性，使得新型材料的高性能应用成为现实。”

Catchmark长期致力于用生物材料替代可降解塑料产品，他对木材中的主要成分纤维素感兴趣，因为它是地球上规模最大的可再生材料。他研究了材料自身结构在纳米级别上的组合方式，相信可以开发出性能更强大的天然材料，与不可持续且制造污染的合成材料竞争，例如纸板上的低密度聚乙烯层压板，以及杯子和瓶子中的聚苯乙烯泡沫塑料和固体塑料。

Catchmark解释说：“挑战在于，要得到这种材料就必须找到可操作的生产方式，且生产成本必须比塑料便宜。因为当尝试将现有产品转变为更绿色环保的产品时，需要为改变买单。因此，降低成本至关重要。”该研究由农业科学院创新补助资助，Catchmark正努力开发不同行业领域的商业合作伙伴，以推动产品应用。他说：“我们正采取最后措施对世界产生真正影响，让业内人员不再使用塑料，而更多使用这些新型天然材料。消费者可以选择使用这类生物材料后回收利用，或埋在地下作为肥料，它们会逐渐降解。相比之下，塑料在海洋中数千年也不会降解。”

参与该研究的还有博士后学者Snehasish Basu和研究生兼宾夕法尼亚州立大学阿尔分校工程学讲师Adam Plucinski，宾夕法尼亚州立大学材料研究所的工作人员提供了帮助。