研究人员开发的一种新型耐用生物可降解塑料可在海水中分解，为解决微塑料污染问题提供了一种潜在的解决方案。这种材料以超分子结构为基础，可根据不同用途进行定制，并可完全回收利用，从而提高其环境效益。
新型塑料的艺术效果图。 塑料在海水外可见的交联盐桥赋予其结构和强度。 在海水中（以及在土壤中，未画出），重盐处理会破坏盐桥，阻止微塑料的形成，使塑料成为可生物降解的塑料。 资料来源：理化学研究所
理化学研究所新兴物质科学中心（CEMS）的会田武三领导的研究人员创造出了一种突破性的塑料，它兼具耐用性和环保性。 这种创新材料不仅与传统塑料一样坚固，而且可生物降解，具有在海水中分解的独特能力。 通过解决关键的环境问题，这种塑料有可能大大减少在海洋和土壤中积累并最终进入食物链的微塑料污染。 研究小组的研究成果今天（11月22日）发表在《科学》杂志上。
多年来，人们一直在努力开发传统塑料的可持续替代品，因为传统塑料不可生物降解且对环境有害。 虽然已经有了一些可生物降解和可回收的选择，但一个重大挑战依然存在：其中许多材料，不溶于水，无法在海洋环境中降解。 这种限制使得微塑料--小于 5 毫米的微小碎片--在海洋生态系统中持续存在，危害水生生物，并进入食物链，包括人类。
在他们的新研究中，Aida 和他的团队重点利用超分子塑料来解决这个问题--超分子塑料是一种通过可逆相互作用将结构固定在一起的聚合物。 这种新型塑料由两种离子单体组合而成，它们能形成交联盐桥，从而提供强度和柔韧性。 在最初的测试中，其中一种单体是一种名为六偏磷酸钠的常见食品添加剂，另一种是几种胍离子单体中的任何一种。 这两种单体都能被细菌代谢，从而确保塑料溶解成成分后的生物可降解性。
艾达说："超分子塑料中键的可逆性一直被认为会使其变得脆弱和不稳定，而我们的新材料恰恰相反。 在新材料中，盐桥结构是不可逆的，除非暴露在电解质（如海水中的电解质）中。 关键的发现是如何产生这些选择性不可逆交联。"
制造新塑料的关键是脱盐。 重新脱盐可恢复相互作用，并使塑料溶解。 资料来源：理化学研究所
与油水混合一样，将两种单体在水中混合后，研究人员观察到两种分离的液体。 一种液体粘稠，含有重要的结构交联盐桥，另一种液体含水，含有盐离子。 例如，当使用六偏磷酸钠和烷基二胍硫酸盐时，硫酸钠盐被排出到含水层中。 最后的塑料，即烷基 SP₂，是通过干燥粘稠液层中的残留物制成的。
事实证明，"脱盐"是关键的一步；如果不脱盐，干燥后的材料就会变成脆性晶体，无法使用。 将塑料放入盐水中重新脱盐会导致相互作用发生逆转，塑料的结构在几小时内就会变得不稳定。 因此，在创造出一种在特定条件下仍可溶解的坚固耐用的塑料后，研究人员接下来对这种塑料的质量进行了测试。
这种新型塑料无毒、不易燃--这意味着不会排放二氧化碳，而且可以像其他热塑性塑料一样在 120°C 以上的温度下重新塑形。 通过测试不同类型的硫酸胍，研究小组能够制备出硬度和拉伸强度各不相同的塑料，其硬度和拉伸强度均可媲美或优于传统塑料。 这意味着新型塑料可以根据需要进行定制；硬质抗划伤塑料、橡胶硅胶状塑料、强承重塑料或低拉伸柔性塑料都是可能的。 研究人员还利用与胍基单体形成交联盐桥的多糖创造了海洋降解塑料。 这类塑料可用于 3D 打印以及医疗或健康相关应用。
最后，研究人员对这种新型塑料的可回收性和生物降解性进行了研究。 将最初的新型塑料溶解在盐水中后，他们能够回收 91% 的六偏磷酸盐和 82% 的胍粉末，这表明回收利用既简单又高效。 在土壤中，新型塑料薄片在 10 天内完全降解，为土壤提供类似肥料的磷和氮。
艾达说："有了这种新材料，我们就创造出了一个新的塑料家族，它坚固、稳定、可回收，具有多种功能，而且重要的是，它不会产生微塑料。"
编译自/scitechdaily.com
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