Ученые из RIKEN в Японии разработали новый тип пластика, который стабилен и прочен в обычном состоянии, но быстро растворяется в соленой воде, оставляя безопасные соединения.
Преимущество обычного пластика в том, что он имеет сильные ковалентные связи, которые удерживают его молекулы вместе, то есть для его разрушения требуется много энергии. Вот почему он такой прочный, долговечный и идеально подходит для всего: от упаковки до игрушек.
Но это преимущество оборачивается серьёзным недостатком, когда кончается срок его службы. Одноразовый стаканчик, из которого вы единожды попили чай в парке и выбросили, будет лежать на свалке десятилетиями, даже столетиями, прежде чем полностью разрушится. Но ещё хуже то, что даже после разрушения пластик продолжает наносить вред окружающей среде. В ходе его разложения образуются микропластиковые частицы, которые оказываются во всех уголках мира, в том числе и внутри нас с вами, нанося существенный вред здоровью.
Исследователи RIKEN разработали новый тип пластика, который может послужить нам так же хорошо, как и обычный, но при этом легко распадается на безопасные соединения, когда закончится срок его эксплуатации. Он сделан из так называемых супрамолекулярных полимеров, которые имеют обратимые связи, функционирующие наподобие стикеров с липким краем. То есть их можно прикреплять, отрывать и снова прикреплять.
RIKEN хотели создать особый тип супрамолекулярных полимеров, который был бы достаточно прочным для традиционного использования, но при этом мог бы быстро разрушаться при необходимости, оставляя только нетоксичные соединения.
После исследования ряда молекул исследователи выявили определенную комбинацию с нужными свойствами — гексаметафосфат натрия (распространенная пищевая добавка) и мономеры на основе ионов гуанидиния, которые используются в удобрениях. Когда эти два соединения смешиваются в воде, они образуют вязкий материал, который можно высушить для получения пластика.
В ходе реакции этих двух ингредиентов образуются «солевые мостики» между молекулами, которые делают материал прочным и гибким, как обычный пластик. Однако, когда они надолго остаются в соленой воде, электролиты размыкают эти связи, и материал растворяется.
На практике подтвердилось, что материал получился таким же прочным, как и обычный пластик во время использования, а ещё оказался негорючим, бесцветным и прозрачным. Будучи погруженным в соленую воду, он полностью растворился примерно за восемь с половиной часов.
Всё это звучит хорошо, но есть одна проблема, характерная для любых легкоразлагаемых пластиков. Что если он вступит в контакт с катализатором разрушения раньше, чем это необходимо? Пластиковый стаканчик становится бесполезным, если налитая в него жидкость может его растворить.
К счастью, команда обнаружила, что нанесение гидрофобных покрытий способно предотвратить раннее разрушение материала. А когда вы захотите избавиться от пластика, простой царапины на поверхности будет достаточно, чтобы соленая вода сделала своё дело.
В то время как некоторые биоразлагаемые пластики могут оставлять после себя вредный микропластик, новый материал распадается на азот и фосфор, которые являются полезными питательными веществами для растений и микробов. Однако стоит отметить, что слишком большое их количество также может нанести вред окружающей среде, поэтому команда считает, что в идеале следует проводить основную часть переработки на специальных заводах, где полученные элементы могут быть извлечены для будущего использования.
А если часть пластика всё же попадет в океан, то нанесёт гораздо меньше вреда, чем традиционные материалы.