可持续、无毒且可降解的珠光颜料来了:经过一个世纪也不会褪色

2021年11月15日 阅读量:3

闪光材料是由有毒和不可持续的材料制成,并可能会导致塑料污染。

 

现在,剑桥大学的研究人员找到了一种方法,可以用纤维素(植物、水果和蔬菜中细胞壁的主要组成部分)制造可持续、无毒、纯素食和可生物降解的闪光物,而且这种闪光与原始材料一样闪亮。

闪光由纤维素纳米晶体制成,它可以通过一种称为结构色的过程以这种方式弯曲光线以产生鲜艳的色彩。同样的现象产生了自然界中一些最亮的颜色——例如蝴蝶翅膀和孔雀羽毛的颜色,即使经过一个世纪也不会褪色。

 

研究人员说,利用自组装技术,纤维素可以产生色彩浓烈的薄膜,他们的材料可用于替代化妆品中广泛使用的塑料闪光颗粒和微小的矿物效果颜料。在欧洲,化妆品行业每年使用约 5,500 吨微塑料。

该团队制备的纤维素纳米晶体薄膜可以使用卷对卷工艺大规模制造,就像用木浆造纸的工艺一样,这是这些材料第一次以工业规模制造。结果发表在《自然材料》杂志上。

 

该论文的资深作者、剑桥大学 Yusuf Hamied 化学系的 Silvia Vignolini 教授说:“传统颜料,就像你日常的闪光,不是可持续生产的。” “它们进入土壤、海洋并造成整体污染。消费者开始意识到,虽然闪光很有趣,但它们也对环境造成了真正的危害。”

 

多年来,Vignolini 的研究小组一直从木浆中提取纤维素,并将其转化为有光泽、色彩丰富的材料,这些材料可用于替代油漆和化妆品等众多消费品中使用的有毒颜料。

 

“挑战在于如何控制条件,以便我们可以同时管理所有物理-化学相互作用,从纳米级到几米,以便我们可以大规模生产这些材料,”第一作者 Benjamin Droguet 说,他也是来自化学系。

通过仔细优化纤维素溶液和涂层参数,研究团队能够完全控制自组装过程,从而可以在卷对卷机器上制造材料。他们的工艺与现有的工业规模机器兼容。使用市售的纤维素材料,只需几个步骤即可转化为合适的液体悬浮液,该团队展示了在商用卷对卷机器上连续沉积和干燥含纤维素的悬浮液。

 

在生产出大规模的纤维素薄膜后,研究人员将它们研磨成用于制造闪光或效果颜料的大小的颗粒。所得颗粒可生物降解、不含塑料且无毒。在商业设备上演示制造过程是使新材料在实验室外可用的重要一步。

 

此外,该过程的能源密集程度远低于传统方法。当他们不使用合成聚合物时,公司经常使用云母和二氧化钛组合成一种效果颜料。然而,由于二氧化钛的潜在致癌作用,欧盟最近禁止其用于食品应用,而云母的提取通常发生在可能依赖剥削行为(包括童工)的发展中国家。

 

“传统上,效应颜料矿物必须在高达 800°C 的温度下加热才能形成颜料颗粒。当你考虑到全球生产的矿物效应颜料的数量时,你就会意识到它们的使用对地球有害,”说德鲁格。

 

Vignolini 说:“我们相信,该产品可以通过提供完全可持续、可生物降解的纯素颜料和闪光来彻底改变化妆品行业。”

 

尽管仍需要进一步优化该过程,但研究人员希望成立一家衍生公司,在未来几年内将他们的颜料和闪光剂推向市场。

 

但是,对于曾经带着小孩做过手工艺项目的人来说,它们的闪光会像传统的闪光一样令人讨厌吗?

 

“它会同样令人讨厌——但它不会伤害地球,而且对你的孩子来说是安全的,”维格诺里尼说。

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