一篇來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)濟的目標(biāo)是利用廢物流制造可用于多個工業(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)路徑正變得越來越不可持續(xù)。
在全球范圍內(nèi)，聚氨酯的消費價值超過超過600億美元，隨著需求的增加，預(yù)計這一數(shù)字將在不久的將來上升到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)、低吸水性和增強的抗壓強度而需求巨大。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，因為市面上有更便宜的替代品。
此外，使用石化產(chǎn)品來制造聚氨酯泡沫可能存在一些問題，因為石油工業(yè)已經(jīng)與氣候變化聯(lián)系在一起，而且預(yù)計未來幾十年全球儲量將嚴重枯竭。
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，使用具有成本效益和來源豐富的生物基材料制造聚氨酯已變得越來越有吸引力。
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。
研究內(nèi)容
作者重點研究了兩種常見的未得到充分利用的廢料，它們是香蕉皮和佛手柑皮，分別來自榨汁和榨油工業(yè)。已經(jīng)注意到，對可持續(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物飼料，果皮約占水果總重量的50-60%。每年都有大量來自香蕉和佛手柑加工的果皮被浪費掉了。
兩種水果均來自巴西的一家超市，并使用烤箱干燥工藝制備。對干燥的果皮進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，進行了FT-IR、形態(tài)學(xué)測試、熱穩(wěn)定性分析、吸水率分析和抗壓強度測試，以確定材料樣品的特征。此外，還進行了統(tǒng)計分析。
研究結(jié)果
FT-IR和濕化學(xué)分析證實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。填料類型和含量僅對所制備樣品的顏色、表觀密度、吸濕性和抗壓強度特性有輕微影響。
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，成核機制促進了橢圓氣泡成型。然而，觀察到填料與硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料交界面強度較低，并發(fā)現(xiàn)氣泡邊緣破裂。
作者表示，未來的研究將需要更深入地了解這些生物填料對聚氨酯泡沫的尺寸穩(wěn)定性和熱導(dǎo)率的影響。
