Пластмаси – це стійкі та міцні полімери, що дуже доречно під час їхнього використання. Але, коли термін експлуатації пластмасових виробів спливає, ті самі переваги стають недоліком цієї групи матеріалів. Унаслідок цього велика доля пластмас потрапляє до довкілля, забруднюючи його. Вчені з Інституту фізико-хімічних досліджень RIKEN створили альтернативний пластик, що є стабільним в повсякденному використанні, але швидко розчиняється в солоній воді, залишаючи по собі лише безпечні речовини.
Головною перевагою пластмас є сильні ковалентні зв’язки, що міцно утримують молекули в заданій структурі. Для руйнації цих зв’язків необхідно дуже багато енергії. Саме тому пластики є міцним, довговічним та універсальним матеріалом, що підходить для виробництва величезного спектра виробів від пакування до медичних аксесуарів. Втім, коли корисний потенціал виробу вичерпується, сильні ковалентні зв’язки між молекулами полімерів створюють багато проблем. Так, одноразовий пластиковий стаканчик проведе десятки чи навіть сотні років на сміттєзвалищі (у кращому випадку), вивільняючи в довкілля фрагменти мікропластику. Ці фрагменти потрапляють в усі екосистеми та навіть всередину живих організмів, і лише зараз ми починаємо розуміти, якої шкоди мікропластик завдає нашому здоров’ю.
Дослідники RIKEN створили інноваційний пластик, що за експлуатаційними параметрами не поступається традиційним пластмасам, але легко розпадається на безпечні сполуки за потреби. Цей пластик є прикладом супрамолекулярного полімеру, що має оборотні нековалентні зв’язки між молекулами. За словами вчених, такі зв’язки дуже подібні до паперу для нотаток з липким шаром, отже, завдяки їм молекули можна багаторазово зв’язувати та розділяти. Вчені довго підбирали ідеальний варіант полімеру – достатньо міцного, аби він зміг витримати типові умови експлуатації пластмас, але й швидко розкладався на молекули без потреби в інтенсивних процесах, перетворюючись на нетоксичні компоненти.
Перевіривши низку молекул, вони ідентифікували відповідну комбінацію – гексаметафосфату натрію (харчової добавки) та мономера на основі іонів гуанідія, що використовується в добривах. При змішуванні в воді вони утворюють в’язкий матеріал, який можна висушити для отримання пластику. Реакція цих речовин призводить до формування сольових містків – відносно слабкого іонного зв’язку, котрий забезпечує пластик стабільністю та пластичністю. Однак при замочуванні пластмаси у солоній воді містки розблоковуються, та матеріал розчиняється. Під час практичного випробування пластика у лабораторії вчені виявили, що він є таким же міцним, як і звичайний пластик, під час використання, а також негорючим, безбарвним і прозорим. Після занурення у солону воду він повністю розчинився приблизно за 8 з половиною годин.
Постає ґрунтовне питання, що стосується багатьох розчинних пластмас. Що, якщо раптом матеріал вступить у контакт з каталізатором руйнування раніше, ніж закінчиться термін його експлуатації? Зрештою, пластиковий стакан, що розчиняється від контакту з деякими рідинами, буде нікуди не годним. Команда RIKEN знайшла рішення для свого винаходу у вигляді гідрофобного покриття. Для переробки матеріалу не потрібно видаляти це покриття: треба глибоко пошкодити його лише в одному місці, аби дозволити солоній воді зробити свою справу.
Навіть біорозкладні пластмаси можуть бути джерелом мікропластику, але пластик, винайдений японськими дослідниками, розкладається на азот і фосфор, що є поживними речовинами для рослин та мікроорганізмів. Втім, варто зазначити, що надлишок цих речовин може нашкодити екосистемі, тому в RIKEN рекомендують організовану переробку пластмаси з можливістю подальшого використання її продуктів, наприклад, для виробництва добрив. Врешті, якщо цей пластик раптом усе-таки потрапить до океану, він однозначно буде менш шкідливим для його мешканців, а, можливо, навіть трохи корисним, особливо в порівнянні з традиційними пластиковими відходами.
Джерело зображень: RIKEN