Японські дослідники на чолі з Такудзо Аїдою з Центру досліджень нових матеріалів (CEMS) RIKEN у Японії перевершили самих себе у своїх спробах розв'язати проблему мікропластику. У недавньому дослідженні, опублікованому в журналі Американського хімічного товариства, вони повідомляють про новий тип пластику, виготовлений з рослинної целюлози, найпоширенішої у світі органічної сполуки. Новий пластик міцний, гнучкий і здатний до швидкого розкладання в природному середовищі, що відрізняє його від інших пластиків, що подаються як біорозкладні.
Мікропластик - це глобальний забруднювач, що зустрічається майже в кожній екосистемі, від ґрунту та океану до тварин і рослин, які там мешкають. Він навіть був виявлений у тканинах людини та крові, де, ймовірно, надає несприятливий вплив. Хоча біорозкладні пластики та навіть деякі пластики, отримані з целюлози (нітрат целюлози або ацетат целюлози), не є чимось новим, більшість пластиків, маркованих як «біорозкладні», не розкладаються в морському середовищі або розкладаються дуже довго, залишаючи після себе мікропластик.
Минулого року Аїда та його команда розробили пластик, здатний швидко розкладатися у солоній воді протягом кількох годин, не залишаючи після себе мікропластику. Цей пластик був супрамолекулярний пластик, що складається з двох полімерів, пов'язаних оборотними зв'язками, званими «сольовими містками». У присутності солоної води зв'язки, що утримують два полімери разом, розривалися, і пластик розкладався. Але цей пластик виявився не таким практичним для реального виробництва, як міг би бути.
Новий пластик на рослинній основі схожий, за винятком того, що один із двох полімерів - це комерційно доступний, схвалений FDA, біорозкладний похідний деревної целюлози, званий карбоксиметилцелюлозою. Пошук сумісного другого полімеру зажадав деякої кількості проб і помилок, але врешті-решт команда знайшла безпечний агент, що зшиває, виготовлений з позитивно заряджених поліетиленімін-гуанідінієвих іонів. Коли целюлозу і гуанідінієві іони змішували у воді кімнатної температури, негативно і позитивно заряджені молекули притягувалися один до одного, як магніти, і утворювали критично важливу мережу, яка зробила цей вид пластику міцним. У той же час, як і очікувалося, сольові містки, що утримують мережу разом, зруйнувалися у присутності солоної води. Щоб уникнути ненавмисного розкладання, пластик можна захистити тонким покриттям на поверхні.
Поки що все добре. Але, незважаючи на те, що новий пластик швидко розкладався, він спочатку був дуже крихким через целюлозу. Отриманий пластик був безбарвним, прозорим і надзвичайно твердим, але мав крихкі склоподібні властивості. Команді потрібний був хороший пластифікатор, якась невелика молекула, яку можна було б додати до суміші, щоб зробити пластик гнучкішим, але при цьому зберегти його твердість. Після численних експериментів вони виявили, що органічна сіль хлорид холіну творить дива. Додаючи різну кількість цієї схваленої FDA харчової добавки до пластику, дослідники змогли точно налаштувати бажану гнучкість пластику. Залежно від кількості хлориду холіну, пластик може бути як твердим та склоподібним, так і настільки еластичним, що його можна розтягнути до 130% від початкової довжини. З нього можна виготовити міцну, але тонку плівку завтовшки всього 0,07 мм. Відео розкладання пакету, виготовленого з нового біорозкладного пластику на рослинній основі:
Поліпшення проти початкової конструкцією є тривіальними. «Хоча наше початкове дослідження було зосереджено переважно на концептуальній стороні, — пояснює Аїда, — це дослідження показує, що наша робота тепер перебуває на більш практичному етапі». Новий супрамолекулярний пластик на основі карбоксиметилцелюлози, що отримав назву CMCSP, так само міцний, як і звичайні пластики на нафтовій основі, і його механічні властивості можна регулювати в міру необхідності, не погіршуючи при цьому властиву йому прозорість, технологічність, розчинність у морській воді або здатності до повторної переробки. Використовуючи поширені та недорогі біорозкладні інгредієнти, схвалені FDA, Аїда та його команда забезпечили можливість швидкого впровадження свого пластику у реальні практичні програми.
«Природа виробляє близько трильйона тонн целюлози щороку, – каже Аїда. — З цієї рясної природної речовини ми створили гнучкий, але міцний пластик, який безпечно розкладається в океані. Ця технологія допоможе захистити землю від пластикового забруднення».
