Поскольку перерабатывается менее 10%, группа японских ученых создала биоразлагаемый пластик, который плавится в соленой воде.
Пластик повсюду, от упаковки и одежды до автомобилей и медицинских приборов. Но его долговечность имеет свою цену: когда он распадается, он выделяет микропластик — крошечные частицы размером менее 5 миллиметров, — которые загрязняют океаны, наносят вред морской жизни и проникают в пищевую цепочку. Исследователи из Центра RIKEN по изучению новых веществ в Японии, похоже, нашли решение проблемы.
Команда под руководством Такудзо Айды разработала новый вид пластика, который является прочным, универсальным и биоразлагаемым. Самое главное, он растворяется в морской воде.
Мы плохо перерабатываем пластик. Даже сейчас, после всех этих лет, мы перерабатываем менее 10% пластика во всем мире, и мы продолжаем производить его больше. Мы не только плохо перерабатываем пластик, который можно переработать, но и большая часть нашего пластикового производства просто неперерабатываема. Так что мы застряли с головоломкой: мы хотим использовать больше пластика, но мы не можем утилизировать его достойным образом. Так что же мы можем сделать?
Один из подходов — обратиться за помощью к бактериям.
Несколько групп исследователей работают над бактериями, которые могли бы разлагать и по сути устранять пластик из окружающей среды. В этой области есть много хороших достижений, но масштабирование подхода является очень сложной задачей.
Другая идея — сделать пластик биоразлагаемым — именно на этом сосредоточились новые исследования.
Пластик, который плавится в воде
Хотя некоторые биоразлагаемые пластики уже существуют, они часто не справляются с морской средой. Например, полимолочная кислота (PLA), широко используемый биоразлагаемый пластик, не растворяется в морской воде, что делает его уязвимым для загрязнения микропластиком. Это ограничение побудило ученых искать материалы, которые являются одновременно устойчивыми и эффективными во всех средах.
Айда и его команда обратились к супрамолекулярной химии — новой области химии, которая изучает молекулы, связанные относительно слабыми силами.
Они создали полимер, удерживаемый вместе обратимыми взаимодействиями, называемыми солевыми мостиками. Эти сшитые структуры придают пластику прочность и гибкость, но у них также есть уникальная уязвимость: соленая вода. При воздействии электролитов, содержащихся в морской воде, солевые мостики дестабилизируются, позволяя пластику раствориться в молекулах его компонентов.
«Хотя считалось, что обратимый характер связей в супрамолекулярных пластиках делает их слабыми и нестабильными, — говорит Айда, — наши новые материалы — полная противоположность».
В океанской воде новый пластик начинает разлагаться в течение нескольких часов. Дальше еще лучше: в почве листы пластика разлагаются не более чем за 10 дней и работают на удобрение почвы.
Химия, стоящая за этим
Исследователи достигли этого прорыва, объединив два ионных мономера. Один из них — гексаметафосфат натрия , безопасное для пищевых продуктов соединение, а другой — мономер на основе иона гуанидиния. Вместе эти ингредиенты образуют стабильный, формуемый материал, когда побочный продукт сульфата натрия удаляется в процессе производства.
Без этого этапа обессоливания полученный материал становится хрупким и непригодным для использования. Но при правильной обработке высушенный пластик, называемый алкил SP2, демонстрирует свойства, сопоставимые с традиционными пластиками. Это делает его универсальным для различных применений, сохраняя при этом способность безопасно разлагаться в океане.
Новый пластик не просто биоразлагаемый; он также настраиваемый. Подстраивая тип сульфата, используемого в процессе производства, исследователи создали версии с различными уровнями твердости, гибкости и прочности на разрыв. Эти вариации позволяют материалу служить различным целям, от устойчивых к царапинам поверхностей до силиконподобной резины. По сути, он обладает всей гибкостью, которую мы привыкли ожидать от пластика.
Кроме того, пластик нетоксичен, не воспламеняется и не выделяет углекислый газ при распаде. Его также можно восстанавливать при температуре выше 120°C, как и другие термопластики. Это делает его пригодным для таких отраслей, как 3D-печать, медицинские приборы и потребительские товары.
Его даже можно перерабатывать, если это станет актуальным. При растворении в соленой воде компоненты пластика можно восстановить и использовать повторно. В ходе испытаний команда восстановила 91% гексаметафосфата и 82% мономеров гуанидиния. Этот эффективный процесс переработки сокращает отходы и поощряет циклическое использование.
Можем ли мы масштабировать этот пластик?
Последствия этого открытия огромны. Морская среда, которая часто является конечным пунктом назначения для пластиковых отходов, может значительно сократить загрязнение. Мы сбрасываем около 11 миллионов метрических тонн пластика в наши океаны каждый год, и этот новый пластик может значительно сократить это количество.
Отрасли могли бы использовать этот материал для одноразовых предметов, таких как упаковка, которая в настоящее время составляет значительную часть пластика, поступающего в океан. Настраиваемые свойства также открывают двери для специализированных применений, таких как медицинские имплантаты или биоразлагаемые рыболовные сети.
Оригинал статьи можно прочитать здесь.
Больше информации о самых интересных научных открытиях и удивительных исторических фактах читайте на нашем сайте «Совятня».
Интересные новости, советы по здоровью, ответы на популярные вопросы и цитаты великих ученых ищите в Telegram.
