Пластик может быть экологичным

By redaktor udalenno on 27.11.2024
0 37 Views

Исследователи из Центра изучения новых материалов RIKEN (CEMS) разработали новый прочный пластик, который не загрязняет мировой океан. Новый материал такой же прочный, как обычный пластик, и биоразлагаемый, но его особенность в том, что он разлагается в морской воде. Ожидается, что новый пластик поможет уменьшить вредное загрязнение микропластиком, который накапливается в океанах и почве и в конечном итоге попадает в пищевую цепочку.

В новом исследовании ученые сосредоточились на возможностях супрамолекулярных пластиков — полимеров, структура которых удерживается вместе за счёт обратимых взаимодействий. Новые пластики были получены путём объединения двух ионных мономеров, которые образуют поперечные солевые мостики, обеспечивающие прочность и гибкость. В ходе первоначальных испытаний одним из мономеров был распространённый пищевой консервант под названием гексаметафосфат натрия, а другим — любой из нескольких мономеров на основе ионов гуанидиния. Оба мономера могут быть метаболизированы бактериями, что обеспечивает биоразлагаемость после растворения пластика на составляющие.

В полученном материале структура солевых мостиков необратима, если не подвергается воздействию электролитов, таких как те, что содержатся в морской воде. Ключевым открытием стало то, как создавать эти избирательно необратимые поперечные связи. После смешивания двух мономеров в воде исследователи наблюдали две разделённые жидкости. Одна из них была густой и вязкой и содержала важные структурные поперечные солевые мостики, а другая была водянистой и содержала ионы соли. Например, при использовании гексаметафосфата натрия и сульфата алкилдигуанидиния в водянистый слой выделялась сульфатная соль натрия. Конечный пластик, алкил SP2, был получен путём высушивания того, что осталось в густом вязком слое жидкости.

Новые пластмассы нетоксичны и невоспламеняемы. Испытывая различные типы сульфатов гуанидиния, команда смогла создать пластмассы с разной твёрдостью и прочностью на разрыв, которые по этим показателям сопоставимы с обычными пластмассами или превосходят их. Это означает, что новый тип пластика можно адаптировать под конкретные нужды: можно получить твёрдые пластмассы, устойчивые к царапинам, пластмассы, похожие на резину или силикон, прочные пластмассы, выдерживающие вес, или гибкие пластмассы с низкой прочностью на разрыв. Исследователи также создали разлагаемый в океане пластик с использованием полисахаридов, которые образуют поперечные солевые мостики с мономерами гуанидиния. Такой пластик можно использовать в 3D-печати, а также в медицине и здравоохранении.

Наконец, ученые изучили возможность вторичной переработки и биоразлагаемость нового пластика. После растворения исходного нового пластика в солёной воде они смогли извлечь 91% гексаметафосфата и 82% гуанидиния в виде порошка, что указывает на простоту и эффективность вторичной переработки. В почве листы из нового пластика полностью разлагаются в течение 10 дней, обогащая почву фосфором и азотом, как удобрения.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado1782