塑料污染是全球面临的一个必须解决的挑战。特别是包装占塑料总消费量的30-50%。纸质包装虽然环保，但缺乏防潮和强度等关键功能。传统涂层材料加剧了塑料污染，因此需要可持续的替代品。

聚乙烯(PE)和乙烯乙烯醇(EVOH)通常用作涂层材料，以提高纸包装的低阻隔性，但这些物质在自然环境中处置时不会分解并加剧微塑料污染。

针对这一问题，目前已开发出由生物基物质制成的包装材料和可生物降解的塑料，但大多数情况下，随着包装性能的提高，其生物降解性却迅速降低。

延世大学土木与环境工程系的JaewookMyung教授、生命科学系的HanseulYang教授和包装与物流系的JongcheolSeo教授领导的联合研究团队解决了平衡包装性能和可持续性的难题，成功开发出可持续、可海洋生物降解的高性能纸张涂层材料。

(a)普通纸和硼酸交联聚乙烯醇涂层纸，(b)海洋细菌对涂层纸的生物降解，(c)使用人胚胎肾和小鼠胚胎成纤维细胞的细胞毒性测试结果。(d)将涂层纸暴露给小鼠一个月后的重要器官。图片来源：韩国科学技术院(KAIST)

该团队利用硼酸交联的聚乙烯醇(PVA)(一种可生物降解的塑料)来涂覆纸张，从而增强其生物降解性、阻隔性能和强度。与传统塑料相比，所得涂布纸表现出优异的性能，即使在潮湿条件下也具有优异的阻隔性能和物理强度。

研究团队还对生物降解性和生物相容性进行了深入研究，以系统地评估新开发的涂布纸的可持续性。通过模拟以具有挑战性的生物降解条件而闻名的海洋环境来评估生物降解性。

该团队采用基于呼吸系统的生物反应器来测量碳矿化成二氧化碳的程度。经过111天的生物降解后，发现涂层纸的生物降解率达到59-82%，具体取决于涂层成分。

通过扫描电子显微镜观察到海洋细菌分解涂层材料的现象，并通过人胚肾和小鼠胚胎成纤维细胞证实了体外生物相容性，并通过小鼠实验验证了涂层纸的高体内生物相容性。

联合研究团队通过这项研究，提出了一种既能提高包装性能又能保持可持续性的涂层策略，以解决纸质包装的弊端。硼酸交联PVA涂层纸无需人工堆肥条件或污水处理设施。

这种新型涂布纸在自然环境中可生物降解，且毒性低，即使意外丢弃也不会加剧环境污染，是一种可持续的塑料包装材料替代品。

BA交联PVA涂层纸张在海洋环境中的报废场景。涂层纸张可能会被海洋微生物、海浪和潮汐分解。PVA涂层和纸张的解聚随后由细胞外解聚酶(如氧化酶和纤维素酶)介导，之后小亚基(低聚物和单体)被微生物细胞吸收。涂层纸张中的碳成分最终被矿化成CO2，不会对海洋造成危害。图片来源：韩国科学技术院(KAIST)

韩国科学技术研究院(KAIST)负责涂层纸可持续性研究的JaewookMyung教授表示：“海洋可生物降解高性能纸张涂层的开发是三个领域领先研究团队创新技术相结合的成果。我们将继续开发性能优异的可持续材料。”

领导高性能纸张涂层开发研究的延世大学JongchulSeo教授表示：“通过这项研究，我们开发出了一种可持续的纸包装技术，可以取代不可降解的塑料包装，我们期待该研究成果将应用于工业界。”

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