Хімічні добавки до пластику, що імітують природні полімери, такі як ДНК, дозволяють створювати матеріали, що розкладаються за дні, місяці або роки, а не забруднюють довкілля. Дослідники сподіваються, що їх нова технологія дозволить створювати пластикові вироби, які служать своєму призначенню і безпечно самознищуються.
У 2022 році в усьому світі було викинуто понад чверть мільярда тонн пластику, і лише 14% було перероблено – інше було спалено або поховано. Перспектива створення практичного біорозкладного пластику існує вже як мінімум 35 років, і робилися спроби виробляти такі матеріали з різних матеріалів – від бамбука до морських водоростей. Але, правду кажучи, багато таких матеріалів важко компостувати, а їх виробники роблять нереалістичні заяви.
Зараз Ювей Гу та його колеги з Ратгерського університету штату Нью-Джерсі розробляють технологію створення пластику з точно заданим терміном служби, який міг би швидко розкладатися як у компості, так і у природному середовищі.
Результати їх дослідження опубліковані в журналі Nature Chemistry.
Гу ставив питання, чому природні довголанцюгові полімери, такі як ДНК і РНК, можуть руйнуватися відносно швидко, а синтетичні, наприклад, пластик, – ні, і чи існує спосіб відтворити цей процес.
Природні полімери містять хімічні структури, які називаються сусідніми групами, які сприяють деконструкції. Ці структури забезпечують внутрішні реакції, які називаються нуклеофільними атаками, які розривають зв'язки в полімерних ланцюгах, що у випадку звичайних пластиків потребує великих витрат енергії.
Гу та його команда створили штучні хімічні структури, що імітують ці сусідні групи, та додавали їх під час створення нових пластиків. Вони виявили, що отриманий матеріал легко руйнується, і, змінюючи структуру цих груп, можна точно регулювати час, протягом якого матеріал залишається недоторканим до деконструкції.
Після руйнування пластику довгі полімерні ланцюги перетворюються на невеликі фрагменти, які, як сподівається Гу, будуть використані для виробництва нових пластиків, або безпечно розчинені в навколишньому середовищі.
"Ця стратегія найкраще підходить для пластиків, які розкладаються контрольованим чином протягом декількох днів або місяців, тому ми бачимо великий потенціал для таких застосувань, як упаковка харчових продуктів та інші недовговічні споживчі матеріали", - каже Гу. "Наразі вона менш підходить для пластиків, які повинні зберігати стабільність протягом десятиліть, перш ніж розкладуться, наприклад, будівельних матеріалів або довговічних структурних компонентів".
Однак існує низка проблем, які необхідно вирішити, перш ніж цей тип пластику можна використовувати в комерційних цілях. Рідина, що залишається після розкладання пластику, складається з фрагментів полімерних ланцюгів і необхідні подальші випробування, щоб переконатися, що цей «суп з частин» не токсичний і, отже, може бути безпечно випущений в природу.
Крім того, для запуску процесу розкладання в цей час потрібно ультрафіолетове випромінювання, хоча достатньо природного сонячного світла. Таким чином, доки група не знайде способи створення матеріалів, здатних розкладатися в темряві, будь-який похований чи іншим чином накритий пластик залишатиметься у навколишньому середовищі практично нескінченно.
