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日本理化学研究所（RIKEN）新兴物质科学中心（CEMS）的研究人员开发出一种新型耐用塑料，不会污染我们的海洋。这种新材料和传统塑料一样坚固，而且是可生物降解的，但它的特别之处在于它在海水中分解。因此，这种新型塑料有望帮助减少有害的微塑料污染，这些污染积聚在海洋和土壤中，并最终进入食物链。这项研究发表在11月22日的《科学》杂志上。
日本理化学研究所新兴物质科学中心（CEMS）的Takuzo Aida领导的研究人员开发了一种新型耐用塑料，不会污染我们的海洋。这种新材料和传统塑料一样坚固，而且是可生物降解的，但它的特别之处在于它在海水中分解。因此，这种新型塑料有望帮助减少有害的微塑料污染，这些污染积聚在海洋和土壤中，并最终进入食物链。实验结果发表在11月22日的《科学》杂志上。
科学家们一直在努力开发安全、可持续的材料，以取代传统的塑料，传统塑料是不可持续的，对环境有害。虽然存在一些可回收和可生物降解的塑料，但一个大问题仍然存在。目前像聚乳酸这样的可生物降解塑料通常会进入海洋，因为它们不溶于水，因此无法降解。因此，微塑料——小于5毫米的塑料碎片——正在危害水生生物，并进入食物链，包括我们自己的身体。
在新研究中，Aida和他的团队专注于用超分子塑料——通过可逆相互作用将结构结合在一起的聚合物——来解决这个问题。这种新型塑料是由两种离子单体结合而成，形成交联的盐桥，提供了强度和柔韧性。在最初的测试中，其中一种单体是一种叫做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。这两种单体都可以被细菌代谢，确保塑料溶解在其组成部分后的生物降解性。
“虽然人们认为超分子塑料中化学键的可逆性使它们变得脆弱和不稳定，但我们的新材料恰恰相反。”在这种新材料中，盐桥结构是不可逆的，除非暴露在像海水中那样的电解质中。关键的发现是如何产生这些选择性不可逆的交联。
与油和水一样，将这两种单体在水中混合后，研究人员观察到两种分离的液体。一种是粘稠的，含有重要的结构交联盐桥，而另一种是含水的，含有盐离子。例如，当使用六偏磷酸钠和烷基二氰硫酸钠时，硫酸钠盐被排出到水层中。最后的塑料，烷基SP，是干燥剩下的厚粘性液体层。“脱盐”被证明是关键的一步；没有它，得到的干燥材料是一种脆性晶体，不适合使用。将塑料放入盐水中使其盐化，导致相互作用逆转，塑料的结构在几小时内就不稳定了。因此，在创造了一种坚固耐用的塑料，在某些条件下仍然可以溶解后，研究人员接下来测试了塑料的质量。
这种新型塑料无毒且不易燃，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以上的温度下重塑。通过测试不同类型的硫酸胍，该团队能够生产出具有不同硬度和抗拉强度的塑料，这些塑料都与传统塑料相当或更好。这意味着新型塑料可以根据需要定制；坚硬的耐刮塑料、橡胶类硅塑料、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单体形成交联盐桥的多糖制造了海洋可降解塑料。像这样的塑料可以用于3D打印以及医疗或健康相关的应用。
最后，研究人员调查了这种新塑料的可回收性和生物降解性。将最初的新塑料溶解在盐水中后，他们能够以粉末的形式回收91%的六偏磷酸盐和82%的胍，这表明回收很容易且高效。在土壤中，新塑料片在10天内完全降解，为土壤提供类似肥料的磷和氮。阿依达说：“有了这种新材料，我们创造了一个新的塑料家族，它坚固、稳定、可回收，可以有多种功能，重要的是，不会产生微塑料。”
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