文 ｜ 《中國科學(xué)報》記者 溫才妃
這幾天，中國工程院院士、北京化工大學(xué)副校長張立群的電話快被打爆了。前來找他要“小白鞋”的人實在太多了。
(相關(guān)資料圖)
張立群院士 北京化工大學(xué)供圖
這可不是普通的“小白鞋”。
8月16日，由其團隊開發(fā)的全生物基可降解鞋（以下簡稱可降解鞋），全球首批500雙全部作為“禮物”，送給了北京化工大學(xué)學(xué)生、員工。
與會嘉賓為北化學(xué)子贈送全生物基可降解鞋 北京化工大學(xué)供圖
白色板鞋、綠色走線，鞋舌上繡了棵椰子樹，清新簡約。別看它在外觀上與普通的小白鞋并無二致，但是鞋底卻藏著“黑科技”——把鞋底填埋在堆肥的土里，大半年后它便消失得無影無蹤。
全球首批全生物基可降解鞋成品 北京化工大學(xué)供圖
“你去試試普通的鞋底，埋在土里大半年后，鞋底肯定還是鞋底。中國每年產(chǎn)生多達近10億雙廢棄鞋，如此大面積的鞋底污染不可視而不見。”張立群解釋可降解鞋子的功用。
這就難怪前來要鞋的人接踵而來了。
是什么樣的鞋子，讓人爭相追捧
“黑科技”里的秘密不簡單。
該款可降解鞋的鞋底利用北京化工大學(xué)自主開發(fā)的生物基可降解聚酯橡膠材料，鞋面和鞋墊則采用大麻纖維、竹纖維材料、玉米桿乳膠材料等。
“它有兩大特點——目前世界上唯一可降解的橡膠材料、取材自然。”張立群說。普通的鞋子，棉、麻、皮革等鞋面可以在自然環(huán)境中降解，但橡膠鞋底卻無法實現(xiàn)。過去多采用熱解、高分子兩種方式處理廢鞋，但需要像石油一樣重新煉制，多產(chǎn)生二次污染。
按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19277.1-2011，通過國家塑料制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，可降解鞋底橡膠在130天內(nèi)可實現(xiàn)70%以上完全變成水和二氧化碳，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染。
穿著這樣一雙科技感十足的鞋子爬山涉水，會不會穿著穿著，鞋底一點點消失呢？很多人問過北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授王朝這樣一個問題。
他笑了笑解釋道，微生物降解高分子材料需要一定的微生物環(huán)境。如塑料袋要埋到土里才能降解，若扔到海水里是不能降解的。
“可降解鞋子也需要一定的環(huán)境，即便全部埋在堆肥的土里，也需要大半年時間才能完全降解，平時穿鞋的過程影響幾乎可以忽略。”
他還親身做過測試，穿著可降解鞋子踩雨水、踩泥土，甚至沾染到化學(xué)試劑，但是一個多月過去，鞋底仍然是那個鞋底，完全沒有變形。
“未來鞋業(yè)發(fā)展的方向是全降解。”張立群告訴《中國科學(xué)報》，目前國外采用海藻酸鈉聚氨酯小規(guī)模開發(fā)可降解鞋子，既有技術(shù)上的困難，而且大多還停留在概念層面，尚未量產(chǎn)。
如今，“我們可以拍著胸脯說，采用生物基可降解聚酯橡膠材料制作的可降解鞋完全可以實現(xiàn)量產(chǎn)了！”張立群興奮地說。
據(jù)介紹，該項目突破了高分子量聚酯橡膠連續(xù)化生產(chǎn)工藝難題，完成了千噸連續(xù)化中試試驗。而且，可降解鞋鞋底取材于自然，造價與市場現(xiàn)有的鞋子相差不大。
正因如此，這款可降解鞋子不僅受到校內(nèi)師生追捧，還備受李寧、阿迪達斯等知名廠商青睞。
“終于有一個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的橡膠材料，實現(xiàn)了從0到1突破，可以讓國外來追蹤中國技術(shù)。”這讓團隊感到無比自豪。
用最便宜的原料，做性能最好的產(chǎn)品
2009年，王朝還是張立群博士生的時候，張立群就給學(xué)生提了一個“特別有挑戰(zhàn)性”的要求——用最便宜的原料、最簡單的方法，做出性能最好的產(chǎn)品。
當(dāng)時，王朝接手的任務(wù)是“把大豆油變成橡膠”，把大豆油做成黏黏糊糊類似果凍的狀態(tài)。這一聽起來略帶科幻色彩的項目，著實讓他撓頭，一不小心就做成了改變不了形狀的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
而早在前一年，張立群就在國際橡膠會議上提出了一個概念——生物基工程彈性體，把生物應(yīng)用在工程材料上。
我國的天然橡膠產(chǎn)能不足，80%依賴進口。合成橡膠依賴石油資源，而我國又是一個石油資源相對不充足的國家。本世紀(jì)初，環(huán)境污染較為嚴(yán)重，公眾的環(huán)保意識普遍不高。三重難題匯成一個點，張立群決定把團隊的科研重心轉(zhuǎn)向生物基聚酯橡膠材料。
“我們所有的原料都是大自然的資源通過生物發(fā)酵而來的。比如，土豆、玉米、淀粉，通過發(fā)酵可以得到一些化學(xué)品，不同于傳統(tǒng)從石油中提煉化學(xué)品。我們就是利用生物質(zhì)的化學(xué)品，再去做合成聚合，得到生物基的橡膠材料。”王朝解釋了原理。
14年過去，在王朝及其團隊的努力下，技術(shù)越做越熟稔。大豆油不僅可制成橡膠，他們還能給橡膠制品“加料”，需要強調(diào)耐磨性或抗靜電，就添加相應(yīng)的填料，“就像炒白菜，有的醋溜，有的清炒，原材料相同，加的配料不同，又是一道不同的菜”。王朝打了個比方。
除了做鞋，生物基可降解聚酯橡膠材料還有很多妙用。
據(jù)王朝介紹，1986年美國“挑戰(zhàn)者”號航天飛機因密封圈耐低溫失效，一升空便發(fā)生爆炸。耐油密封圈廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，國外一噸耐油丙烯酸酯橡膠進口價格高達8.5萬元。
生物基可降解聚酯橡膠材料耐低溫、耐高溫性能好，未來有希望取代丙烯酸酯類的橡膠材料。
口香糖被亂吐在地上，無法降解，清潔工每每用鏟子清理，過程麻煩還難以清理干凈。生物基可降解聚酯橡膠材料可開發(fā)可降解的口香糖。
“原材料來自植物而不是石油，嚼在嘴里，第一就是放心。就算是吐在地上，過了100天左右，也會完全分化為水和二氧化碳。”王朝說。
除此之外，生物基可降解聚酯橡膠材料還適用于口罩耳帶、手套、手機殼等生活中大量使用的物品中，以及輪胎、聚乳酸增韌劑、熱塑性硫化膠等工程應(yīng)用領(lǐng)域。
做得好一篇論文，未必做得好一雙鞋
自從參加了這個項目，北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程博士生徐昊舒笑稱，最大的好處是“再也沒買過鞋”。每制成一雙新鞋，他們都要上腳試試腳感，有時發(fā)現(xiàn)鞋底不跟腳、穿了一陣子磨破腳等情況，就再脫下來重新改進工藝技術(shù)。
由于采用全新的橡膠材料，市場上沒有現(xiàn)成的聚合方法，所用設(shè)備也不同，他們需要研究新的生產(chǎn)工藝路線。怎么把橡膠材料加工成一雙鞋子，也不是科研人員擅長。
種種挑戰(zhàn)，讓徐昊舒感到，“相比在實驗室測數(shù)據(jù)、寫論文，做好一雙鞋更不容易”。
十多年過去，輪到王朝帶領(lǐng)學(xué)生科研攻關(guān)，他也有同樣的感覺，“最大的難點是，怎樣由實驗室產(chǎn)品變?yōu)楣I(yè)產(chǎn)品”。
為了做好可降解鞋，他們還順便開發(fā)了一款新的鞋膠。一開始團隊用的是汽油制膠，攪拌好的成品第二天就揮發(fā)干了。好不容易解決了穩(wěn)定的問題，在量上卻始終難以突破。
一雙鞋子需要500克的膠，學(xué)生做了一個月實驗只能產(chǎn)出1000克，兩雙鞋子就用完了。有廠商來向王朝要這種膠，對方一開口，要100公斤。
“我們聽了眼都綠了。”王朝回憶道。直到他們用上了合作單位彤成新材集團的100升反應(yīng)釜，才逐漸解決了量產(chǎn)問題。
就是這般努力，學(xué)生們都煉成了“行家里手”。原料中的殘次品，徐昊舒上手一摸就知道有問題。有一回，材料上的標(biāo)牌放錯了，煉膠一開始學(xué)生馬上就從聲音、軟硬度中反應(yīng)過來，立刻撤下了材料。
在那個酯香似酒香的實驗室里，有著他們的大夢想——
據(jù)團隊不完全統(tǒng)計，每年耐油密封圈領(lǐng)域約有10萬噸開發(fā)空間，鞋子有30萬噸，輪胎200萬噸。“未來預(yù)計一年內(nèi)，我們的合作單位至少達到千噸產(chǎn)能，3至5年達到萬噸級產(chǎn)能。我們希望可降解產(chǎn)品，走進更多消費者心中。”張立群激動地說。
標(biāo)簽：
