A RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) Takuzo Aida által vezetett kutatói olyan úttörő műanyagot fejlesztettek ki, amely fordulatot ígér a mikroműanyag-szennyezés elleni küzdelemben. A hagyományos műanyagokkal ellentétben ez az innovatív anyag erős, biológiailag lebomló, és úgy tervezték, hogy lebomlik a tengervízben. A Science-ben november 22-én megjelent felfedezés nagy előrelépést jelent a hagyományos műanyagokkal szemben fenntartható alternatívák megteremtésében.

A mikroműanyag-válság kezelése

A mikroműanyagok, azaz az 5 mm-nél kisebb méretű apró részecskék a táplálékláncba kerülve jelentős veszélyt jelentenek a tengeri ökoszisztémákra és az emberi egészségre. A jelenlegi biológiailag lebomló műanyagok, például a PLA, vízben nem oldódó jellegük miatt nem bomlanak le az óceáni környezetben. Következésképpen ezek az anyagok megmaradnak, károsítják a vízi élővilágot, és felhalmozódnak a talajban, illetve a vízrendszerekben. Takuzo Aida csapata ennek a sürgető problémának a megoldására összpontosított a szupramolekuláris műanyagok új osztályával, amelyek tengervízzel érintkezve nem mérgező, biológiailag lebomló összetevőkké oldódnak.

Erős és biológiailag lebomló műanyagok létrehozása

A kutatók a műanyagokat két ionos monomer felhasználásával tervezték, amelyek keresztkötésű sóhidakat képeznek. Ezek a hidak szilárdságot és rugalmasságot biztosítanak, miközben fenntartják a biológiai lebonthatóságot. Az egyik monomer, a nátrium-hexametafoszfát egy gyakori élelmiszer-adalékanyag, a másik pedig egy guanidiniumion-alapú vegyület. A baktériumok mindkét komponenst metabolizálják, így biztosítva a műanyag teljes lebomlását. Annak ellenére, hogy a szupramolekuláris műanyagok reverzibilis kötéseik miatt gyenge anyagokat alkotnak, Aida csapata olyan anyagokat tervezett, amelyek ellenállnak a lebomlásnak, hacsak nem kerülnek kapcsolatba bizonyos elektrolitokkal, például tengervízsókkal. Ez a szelektív reverzibilitás a kulcs az anyag szilárdságához és lebonthatóságához.

Gyártás és alkalmazás

A gyártási folyamat a két monomer vízben történő keverésével kezdődik, ami két különböző folyékony réteget eredményez. A kutatók leválasztották a viszkózus réteget, amely a sóhídszerkezeteket tartalmazza, és megszárították, hogy elkészüljön a végleges műanyag. E sótalanítási lépés nélkül az anyag kikristályosodna és törékennyé válna. Az így kapott műanyag a hagyományos műanyagokhoz hasonló vagy azokat felülmúló tulajdonságokkal rendelkezik, beleértve a nem mérgező, nem gyúlékony és magas hőmérsékleten újraformálható tulajdonságokat. A monomer összetételének módosításával a csapat a kemény, karcálló műanyagtól a rugalmas, gumiszerű anyagokig terjedő variációkat hozott létre. Ezek az adaptálható tulajdonságok alkalmassá teszik a műanyagot a legkülönfélébb alkalmazásokhoz, többek között a 3D nyomtatáshoz, orvosi felhasználáshoz és teherhordó szerkezetekhez.

Újrahasznosítás és környezeti előnyök

Az új műanyag lenyűgöző újrahasznosíthatóságról és környezetbarát tulajdonságokról is tanúbizonyságot tesz. Az anyagot tengervízben feloldva a kutatók a nátrium-hexametafoszfát több mint 90%-át és a guanidinium 82%-át nyerték vissza újrafelhasználás céljából. A talajban a műanyag lapjai 10 napon belül lebomlottak, és a műtrágyához hasonlóan foszforral és nitrogénnel gazdagították a talajt.

A fenntartható műanyagok új korszaka

„Ez az új anyag olyan műanyagcsaládot hoz létre, amely erős, stabil, újrahasznosítható és környezetbarát” – magyarázza Aida. A mikroműanyagok keletkezésének elkerülése és a sokoldalú felhasználási lehetőségek kínálata révén ez a felfedezés jelentős ugrást jelent a fenntartható műanyagmegoldások felé.

Forrás: https://www.plasticsengineering.org/2024/12/durable-plastics-that-biodegrade-in-oceans-007491/#