一雙可以消失在土里的“小白鞋”

全球首批全生物基可降解鞋成品 北京化工大學供圖

這幾天，給中國工程院院士張立群打電話，前來找他要“小白鞋”的人實在太多了。

這可不是普通的“小白鞋”。8月16日，由其團隊開發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學生、員工。

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。

“你去試試普通的鞋，埋在土里大半年后，鞋底肯定還是鞋底。中國每年產生多達近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的功用。

這就難怪前來要鞋的人接踵而至了。

讓人爭相追捧的“小白鞋”

“黑科技”里的秘密不簡單。該款可降解鞋的鞋底利用了北京化工大學自主開發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、玉米稈乳膠材料等。

“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境中降解，但橡膠鞋底卻無法實現降解。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，多產生二次污染。

按照國家標準GB/T19277.1-2011，通過國家塑料制品質量監督檢驗中心檢測，可降解鞋鞋底橡膠在130天內70%以上完全變成水和二氧化碳，不會對環境產生污染。

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材料科學與工程學院教授王朝這個問題。

他解釋道，微生物降解高分子材料需要一定的微生物環境。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。

“可降解鞋也需要一定的環境，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，平時穿鞋走路的影響幾乎可以忽略。”王朝說。

他還親身做過測試，穿著可降解鞋踩雨水、踩泥土，甚至沾染到化學試劑，但是一個多月過去，鞋底仍然是那個鞋底，完全沒有變形。

“未來鞋業發展的方向是全降解。”張立群告訴《中國科學報》，目前國外采用海藻酸鈉聚氨酯小規模開發可降解鞋，有技術上的困難，而且大多停留在概念層面，尚未量產。

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實現量產了！”張立群興奮地說。

據介紹，該項目突破了高分子量聚酯橡膠連續化生產工藝難題，完成了千噸連續化中試試驗。而且，可降解鞋鞋底取材于自然，造價與市場現有的鞋子相差不大。正因如此，這款可降解鞋不僅受到校內師生追捧，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權的橡膠材料，實現了‘從0到1’的突破，可以讓國外來追蹤中國技術。”團隊感到無比自豪。

用最便宜的原料 做性能最好的產品

2009年，王朝還是張立群的博士生。那時，張立群就給學生提了一個“特別有挑戰性”的要求——用最便宜的原料、最簡單的方法，做出性能最好的產品。

當時，王朝接手的任務是“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。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狀結構。

而早在一年前，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，把生物技術應用在工程材料上。

我國的天然橡膠產能不足，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。本世紀初，環境污染較為嚴重，公眾的環保意識普遍不高。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酵而來的。比如，土豆、玉米、淀粉，通過發酵可以得到一些化學品，不同于傳統從石油中提煉化學品。我們就是利用生物質的化學品做合成聚合，得到生物基的橡膠材料。”王朝解釋了原理。

14年過去，在張立群、王朝及其團隊的努力下，技術越做越熟稔。他們不僅順利完成了生物基可降解聚酯橡膠材料的開發，還能給橡膠制品“加料”，需要強調耐磨性或抗靜電，就添加相應的填料，“就像炒白菜，有的醋熘，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。

據王朝介紹，1986年美國“挑戰者”號航天飛機因密封圈耐低溫失效，一升空便發生爆炸。耐油密封圈廣泛應用于工程領域，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。利用生物基可降解聚酯橡膠材料可以開發可降解的口香糖。

“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產品生產中，以及輪胎、聚乳酸增韌劑、熱塑性硫化膠等工程應用領域。

做得好一篇論文 未必做得好一雙鞋

自從參加了這個項目，北京化工大學材料科學與工程專業博士生徐昊舒笑稱，最大的好處是“再也沒買過鞋”。每制成一雙新鞋，他們都要試試腳感，有時發現鞋底不跟腳、穿了一陣子磨破腳等情況，就重新改進工藝技術。

由于采用全新的橡膠材料，市場上沒有現成的聚合方法，所用設備也不同，他們需要研究新的生產工藝路線。而把橡膠材料加工成一雙鞋子，并不是科研人員擅長的。

種種挑戰，讓徐昊舒感到，“相比在實驗室測數據、寫論文，做好一雙鞋更不容易”。

十多年過去，輪到王朝帶領學生科研攻關，他也有同樣的感覺，“最大的難點是，怎樣讓實驗室產品變為工業產品”。

為了做好可降解鞋，他們還順便開發了一款新的鞋膠。一開始團隊用的是汽油制膠，攪拌好的成品第二天就干了，好不容易解決了穩定的問題，在量上卻始終難以突破。

一雙鞋子需要500克的膠，學生做了一個月實驗只能產出1000克，兩雙鞋子就用完了。有廠商來向王朝要這種膠，對方一開口就要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升反應釜，才逐漸解決了量產問題。

在這樣的努力下，學生們都練成了“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，材料上的標牌放錯了，煉膠一開始學生馬上就從聲音、軟硬度中判斷出來，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。

據團隊不完全統計，每年耐油密封圈領域約有10萬噸開發空間，鞋子有30萬噸、輪胎200萬噸。“預計未來一年內，我們的合作單位至少達到千噸產能，3至5年達到萬噸級產能。我們希望可降解產品走進更多消費者心中。”張立群說。