Пластик долговечен и прочен, что хорошо, пока он используется, но плохо, когда он попадает в окружающую среду. Ученые из RIKEN в Японии разработали новый тип пластика, который так же устойчив в повседневном использовании, но быстро растворяется в соленой воде, оставляя после себя безопасные соединения.
Преимущество пластмасс в том, что они состоят из прочных ковалентных связей, которые удерживают молекулы вместе, а значит, для их разрушения требуется много энергии. Именно поэтому они такие прочные, долговечные и идеально подходят для всего — от упаковки до игрушек.
Но те же самые прочные связи становятся проблемой после того, как срок службы пластикового изделия подходит к концу. Та чашка, которой вы воспользовались один раз и выбросили, будет лежать на свалке десятилетиями, даже веками, прежде чем полностью разложится. А когда это произойдёт, она превратится в микропластик, который встречается во всех уголках природного мира, включая наши собственные тела, где он наносит вред нашему здоровью способами, которые мы только начинаем понимать.
Исследователи из RIKEN разработали новый тип пластика, который может работать так же хорошо, как обычный пластик, когда это необходимо, и легко разлагаться на безопасные соединения, когда в этом нет необходимости. По словам команды, он состоит из так называемых супрамолекулярных полимеров, которые имеют обратимые связи, действующие как липкие заметки, которые можно прикреплять, снимать и снова прикреплять.
Команда хотела создать особый тип супрамолекулярного полимера, который был бы достаточно прочным для обычного использования в качестве пластика, но при этом мог бы быстро разлагаться при необходимости в щадящих условиях, оставляя после себя только нетоксичные соединения.
Изучив ряд молекул, исследователи выявили определённую комбинацию, которая, по-видимому, обладала нужными свойствами: гексаметафосфат натрия, который является распространённой пищевой добавкой, и мономеры на основе ионов гуанидиния, которые используются в удобрениях. Когда эти два соединения смешивают в воде, они образуют вязкий материал, который можно высушить для получения пластика.
В результате реакции между двумя ингредиентами образуются «солевые мостики» между молекулами, которые делают материал прочным и гибким, как обычный пластик. Однако при погружении в солёную воду электролиты разрушают эти связи, и материал растворяется.
Художественное изображение нового пластика, демонстрирующее прочные соединения над водой и то, как они разрушаются при погружении в солёную воду РАЙКЕН
На практике команда обнаружила, что материал был таким же прочным, как обычный пластик, при этом не воспламенялся, был бесцветным и прозрачным. Однако при погружении в солёную воду пластик полностью растворялся примерно за восемь с половиной часов.
Конечно, с любым разлагаемым пластиковым материалом есть одна серьёзная проблема: что, если он вступит в контакт с катализатором разрушения раньше, чем вы этого захотите? В конце концов, пластиковая чашка бесполезна, если некоторые жидкости могут её растворить.
В данном случае команда обнаружила, что нанесение гидрофобного покрытия предотвращает преждевременное разрушение материала. Когда вы в конце концов захотите избавиться от него, достаточно будет просто поцарапать поверхность, чтобы солёная вода проникла внутрь и материал растворился так же быстро, как и листы без покрытия.
В то время как некоторые биоразлагаемые пластики могут оставлять после себя вредный микропластик, этот материал разлагается на азот и фосфор, которые являются полезными питательными веществами для растений и микробов. Тем не менее, их избыток также может нанести вред окружающей среде, поэтому команда предполагает, что лучше всего перерабатывать большую часть отходов на специализированных заводах, где полученные элементы можно использовать в будущем.
Но если какая-то его часть всё же попадёт в океан, это будет гораздо менее вредно и, возможно, даже полезно по сравнению с нынешними пластиковыми отходами.
Статья с описанием исследования была опубликована в журнале Science.