Пластик отличается прочностью и долговечностью, что делает его незаменимым в быту, но настоящей проблемой для окружающей среды после утилизации. Исследователи из RIKEN (Япония) разработали новый вид пластика, который сохраняет прочность в повседневном использовании, но быстро разлагается в морской воде, превращаясь в безопасные соединения.
Традиционные пластмассы состоят из молекул, соединенных прочными ковалентными связями, которые требуют большого количества энергии для разрушения. Это делает материал долговечным и удобным для производства упаковки, игрушек и других изделий. Однако после использования такие изделия могут десятилетиями, а то и веками, разлагаться на свалки, превращаясь в микропластик, который проникает в экосистемы и даже в человеческий организм.
Как работает новый пластик?
Японские ученые создали пластик на основе супрамолекулярных полимеров, которые имеют обратимые связи. Их можно условно сравнить с клейкими стикерами: они легко соединяются, отсоединяются и снова скрепляются. Исследователи искали материал, который был бы достаточно прочным для традиционных нужд, но при этом разлагался в мягких условиях, не оставляя токсичных веществ.
Оптимальным вариантом стала комбинация двух веществ: натрия гексаметафосфата (пищевой добавки) и мономеров на основе гуанидиниевых ионов (используются в удобрениях). При смешивании в воде они образуют вязкий материал, который после высыхания превращается в пластик.
Прочность материала обеспечивается так называемыми «солевыми мостиками» между молекулами, но при контакте с соленой водой эти связи разрушаются, и пластик растворяется. Эксперименты показали, что в обычных условиях он не уступает традиционному пластику по прочности, прозрачности и огнестойкости. Однако при погружении в морскую воду он полностью растворяется за 8,5 часов.
Как избежать преждевременного разложения?
Главный вопрос для биоразлагаемых пластиков — как предотвратить разрушение материала до момента утилизации? Исследователи нашли решение: гидрофобное покрытие защищает пластик от преждевременного разложения. Когда приходит время утилизировать изделие, достаточно нанести небольшую царапину на поверхность, чтобы соль проникла внутрь и запустила процесс разложения.
В отличие от некоторых биоразлагаемых пластиков, оставляющих микропластик, этот материал распадается на азот и фосфор — элементы, полезные для растений и микроорганизмов. Однако их избыточное накопление может негативно сказаться на экосистемах, поэтому ученые предлагают перерабатывать материал в специализированных центрах, где ценные элементы можно извлекать и повторно использовать.
Тем не менее, даже если такой пластик попадет в океан, его воздействие на природу будет несравнимо менее вредным, чем у обычных пластиковых отходов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
