Innovative Microwave Foamed Egg White-Cork Composite for Enhanced Acoustic Absorption: Valorizing By-Products into Sustainable Construction Materials
本研究表明，将微波发泡蛋白-软木复合材料掺入砂浆中，能显著增强吸声性能并保持耐火性，通过对软木和蛋类副产品的价值化利用，为声学建筑材料提供了一种可持续的循环经济解决方案。
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噪音是现代建筑环境中一个恒久的伴侣，是一种持续存在的压力，建筑师和工程师们一直致力于减轻这种压力。为了让房间安静下来，我们通常会转向那些能够捕捉而非反射声波的材料。几十年来，合成泡沫和沉重的矿物板一直承担着这一功能，但建筑业正日益寻求不依赖石油或产生过度废弃物的替代方案。自然界提供了一个极具前景的候选者——软木，即橡树的树皮，它天然轻盈，且充满了能阻断声音的微小气孔。然而，将软木转化为有用的建筑材料通常需要用合成树脂或沉重的砂浆将其粘合，这可能会削弱其声学潜力及其环境效益。问题依然存在：我们能否创造出一种既能高效吸收噪音，又真正可持续，且使用那些原本可能被丢弃的成分的材料？
来自意大利和西班牙的一个研究小组通过将软木与一种意想不到的粘合剂结合，探索了一个新颖的答案：蛋清。在他们的研究中，他们调查了蛋清中的蛋白质是否可以转化为一种粘性、多孔的泡沫，从而在无需使用严苛化学品的情况下将软木颗粒粘合在一起。该过程依赖于一种特定的热处理方式——微波加热，这种技术在厨房中十分常见，但在这里被用于重塑材料的内部结构。通过将液态蛋清和软木颗粒的混合物置于微波辐射下，蛋清中的水分迅速蒸发，导致蛋白质膨胀并凝固成一种海绵状的网络。这种泡沫充当了胶水，将软木碎片粘合成一种复合材料，随后将其嵌入到简单的砂浆混合物中。其目标是观察这种“微波起泡”法能否创造出一种比传统软木-砂浆混合物更轻、更具多孔性且更擅长吸收声音的材料，同时还能利用食品和软木行业的副产品。
研究人员准备了三种不同类型的样本来验证他们的假设。第一种是标准的砂浆混合物，作为基准。第二种将砂浆与软木颗粒结合，但不含蛋清。第三种是最具创新性的，将砂浆与通过微波起泡蛋清粘合在一起的软木颗粒混合。为了了解这些材料内部发生了什么，团队在强大的显微镜下对它们进行了观察。他们发现，含有起泡蛋清的样本拥有复杂的、相互连接的结构，具有似乎将软木和砂浆编织在一起的丝状结构。相比之下，仅含有软木和砂浆的样本在两种材料之间显示出明显的分离，没有这种粘合网络。这种结构的差异至关重要，因为起泡蛋清创造了一种充满开放式气孔的高多孔性材料，而这种特性是已知对于捕捉声波至关重要的。
当研究人员测量这些材料的物理特性时，结果证实了结构上的观察。由起泡蛋清制成的复合材料明显比其他材料更轻，其密度比纯砂浆降低了近一半。更重要的是，它的开孔孔隙率（即材料中空气所占的百分比）达到了33%，这既是仅含软木混合物的两倍，也是纯砂浆的五倍以上。这种高水平的孔隙率直接影响了材料处理声音的方式。研究人员通过将样本暴露在不同频率的声波下，并测量了吸收而非反射了多少能量来进行测试。纯砂浆几乎反射了所有的声音，表现得像一面坚硬光滑的墙。软木-砂浆混合物的表现略有改善，但含有起泡蛋清的复合材料表现出了显著的提升，特别是在中高频范围内。在对应于人类语言和许多常见家用噪音范围的1000赫兹频率下，这种新复合材料吸收了近30%的声能，相比之下，纯砂浆的吸收量微乎其微。
除了声学性能外，研究人员还关注安全性与耐久性。他们用直接火焰测试了样本，以观察其对火的反应。虽然含有起泡蛋清的材料最终在热量最集中的地方出现了一个小孔，但它并未起火或产生火焰。它的表现呈现出一种自熄灭的方式，即缓慢地炭化并损失材料，而不会蔓延火势。这表明基于蛋白质的粘合剂并未引入新的火灾隐患，这是任何建筑材料的关键要求。团队还研究了生产过程对环境的影响。通过使用工业副产品（如软木废料和不适合人类食用的蛋清），他们避免了与食物供应竞争。此外，用于起泡和干燥材料的微波工艺非常迅速，耗时不到半小时，这比传统干燥方法通常需要的数天时间要快得多。这种速度结合废弃物的利用，暗示了向循环经济迈进的一条路径，即在其中，被丢弃的资源被转化为有价值的建筑组件。
研究结论认为，这种微波起泡蛋清-软木复合材料为建筑中的吸音提供了一种可行且可持续的替代方案。它成功地将多孔结构的声学优势与建筑所需的机械稳定性结合在一起，同时依赖于生物基粘合剂而非合成化学品。该材料并非解决所有声学挑战的完美方案，因为其性能取决于声音的频率和面板的厚度，但它代表了向前迈出的重要一步。通过将潜在的废料转化为一种更轻、更具多孔性且能有效减震的实用材料，研究人员展示了循环经济原则的一种实际应用。这项工作表明，通过适当的处理技术，平凡的蛋清和软木碎屑可以在创造更安静、更可持续的居住空间方面发挥微小但重要的作用。
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