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塑料的不可降解性一直受到人們的詬病,研究人員終于給塑料找到了解脫的辦法,未來的建筑、橋梁、坦克、運兵車、悍馬和民用車輛會不會都將是塑料的天下。看看Thomas Nosker教授是如何把塑料變廢為寶的。
你能想象到重量比鋼鐵輕,使用壽命比木材長,并且強大到足以支撐起120噸機車的一種材料么?
現在你腦海中所想象的這種材料已經可以利用回收的牛奶瓶、咖啡杯和其它一些塑料進行制造。
這種設計靈巧、無毒無害的材料被稱作結構塑料木材,由Rutgers大學材料科學與工程學院的助理研究教授、先進材料中心的不混溶復合材料部門的首席研究員Thomas Nosker發明。Nosker的研究生Richard W. Renfree對這種具有革命性材料的發明也做出了自己的貢獻,后來他成為了Rutgers大學教授。
Nosker說:“人們抱怨塑料是因為它不降解,而我們找到了讓這種缺點轉化為產品優點的途徑。”
結構塑料木材正在越來越多的應用于美國陸軍基地的橋梁建設,以及美國和海外碼頭、野餐桌、公園長椅、停車場和一些其它結構的建設。僅在美國,結構塑料木材就已經制造了約150萬個鐵路枕木。由于每根枕木的重量約為200磅,這意味著大約3億磅的塑料最終不會填埋在垃圾場、窒息海洋生物和污染海灘土壤。
Nosker是一位碩果累累的發明家,數十年來他和他的同事在塑料研究方面始終處于前沿位置。他們開發了幾種結構類型的再生塑料木材,在用機器制造塑料木材時加入阻燃劑,并通過一個標準來測試它們的性能。總之,Nosker除了海外專利,在美國共擁有28項專利或正在申請的專利,為Rutgers大學獲得數百萬美元的收入。
找到關鍵:正確的塑料混合
現在59歲的Nosker,三十年前在Rutgers大學讀博士期間曾試圖處理堆積如山的廢棄容器。塑料迅速取代了玻璃成為兩個大容量飲品----牛奶和汽水的包裝材料,最終進入垃圾填埋廠。
Nosker和其他研究人員設計了一種分類、清洗和加工聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)汽水瓶的方法。利用汽水瓶制造的地毯、絕緣外套、填充床墊、甚至新的汽水瓶讓他們獲得了不少利潤。更令人頭疼的另一種被稱為高密度聚乙烯(HDPE)的塑料廢物已經可以用來制造牛奶瓶。
Nosker說:“HDPE的價格之低已經負擔不起準備回收的牛奶瓶的清洗費用,但我們不能只是轉身就把它扔掉。塑料專家說它存在潛在的回收價值,所以我們想做這方面的工作。”
最初,Nosker和他的同事們試圖用瓶子代替化學處理過的木材用在公園長椅和甲板上。但是回收的HDPE經過人們反復坐或經常走在上面的時候,隨著時間的推移會出現下垂的現象。一些研究人員曾試圖把HDPE和其它塑料結合使用在食物和家庭用品包裝盒上,但沒有成功。
然后Nosker找到了一套可行的方案。
Nosker說:“我們把HDPE和來自舊的大個集裝箱的聚苯乙烯以一定的比例混合,這樣就會因為微小顆粒的交錯使混合的塑料產生強度。
從創造一個可以利用的再生塑料到使用它們制造物品是一個巨大的飛躍。幾個世紀以來,來自森林的木材一直是耐用、易加工和貯存量大的建筑原材料。但是木材也有它自身的缺點;因為它需要防護昆蟲、其它動物和元素,所以要經過有毒、可以浸入土壤的防腐劑處理,這樣水和地下水就會對人、動物和植物造成風險。結構再生塑料木材大多數是硬塑料起增強作用的聚乙烯或如汽車保險杠的再生復合材料,不會存在這樣的風險。
18年前,Nosker和材料工程師Richard G. Lampo在位于Champaign Illinois的美國陸軍工程兵部隊的結構工程研究實驗室為車輛在Missouri的Fort Leonard Wood建造了首個結構再生塑料木材橋。
最近參觀過橋的Lampo說:“野餐桌和公園長椅的大量工業生產是一個很好的應用,但我們正在嘗試根據人們的需求推動包裝袋的應用并且有效的節約成本,這是一個志在必得的方案。”
為美國軍隊建設更多的橋梁
今天,Nosker的發明正廣泛應用于環境復雜的鐵路交叉口,并且鐵路枕木的耐久性也在大大提高。例如,Chicago交通局發現塑料枕木對于高架橋的裂縫修復是一種經濟的選擇。
2002年,Nosker幫助New Jersey在環境脆弱的松林地建立了第一座結構再生塑料橋。這座橋是具有創造性的工字梁設計,雖然經受了元素的風化,但依舊可以順暢通車。
Rutgers大學已經把這項一流的技術授權給了兩家公司:位于Ohio的AXION International Inc. of Zanesville,這家公司利用再生材料制造鐵路枕木和建筑制品;以及制造同類產品位于London的Sicut Enterprises Limited。
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