Конец эпохи микропластика? Создан полимер, который полностью растворяется в морской воде

Проблема существующих эко-пластиков заключается в том, что они требуют специальных условий для утилизации. Большинство материалов с пометкой «биоразлагаемые» не распадаются в естественной морской среде, а лишь дробятся на мелкие частицы — микропластик. Группа японских ученых из центра RIKEN разработала полимер на основе древесной целлюлозы, который полностью растворяется в соленой воде за несколько часов.

Современная промышленность использует пластики, молекулы которых соединены между собой необратимыми химическими связями. Это обеспечивает прочность изделий, но делает их практически вечными: природные микроорганизмы не могут разрушить эти соединения. Новый материал, представленный в журнале Journal of the American Chemical Society, работает на принципе избирательной стабильности: он остается твердым на суше, но распадается при попадании в определенную химическую среду.

Принцип сборки материала

Основой нового пластика стала карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) — доступное производное древесной массы. В обычном состоянии это вещество не обладает прочностью пластика. Чтобы превратить его в конструкционный материал, ученые использовали метод ионной сшивки.

В состав ввели положительно заряженные ионы гуанидиния. Поскольку молекулы целлюлозы имеют отрицательный заряд, при смешивании они притягиваются друг к другу. Возникает плотная молекулярная сетка, которая и придает материалу свойства твердого пластика.

Это соединение стабильно в обычных условиях, но оно чувствительно к соли. В пресной воде или при умеренной влажности связи сохраняются, однако высокая концентрация солей в морской воде запускает процесс распада.

Механизм растворения в океане

Когда пластик попадает в морскую воду, ионы соли начинают проникать внутрь материала. Они замещают собой ионы, удерживающие цепи целлюлозы вместе. Электростатическое притяжение исчезает, и структура пластика распадается на исходные компоненты.

Этот процесс принципиально отличается от обычного разложения:

1. Скорость: полное растворение занимает несколько часов.
2. Отсутствие осадков: материал не превращается в микропластик, а переходит в жидкую фазу на молекулярном уровне.
3. Экологичность: все продукты распада нетоксичны и уже присутствуют в природе.

Регулировка физических свойств

Изначально материал из целлюлозы получался прозрачным и твердым, но слишком хрупким — он ломался при попытке сгибания. Чтобы сделать его пригодным для производства упаковки или пленок, ученые добавили в состав хлорид холина (распространенная пищевая добавка).

Это вещество выполняет роль пластификатора. Оно позволяет молекулярным цепям быть более подвижными. Изменяя количество этой добавки, инженеры научились задавать нужные характеристики:

• При низком содержании получается жесткий материал, похожий на оргстекло.
• При высоком содержании материал становится эластичным и может растягиваться более чем в два раза.

Ученым уже удалось создать прочные пленки толщиной всего 0,07 мм, которые по своим эксплуатационным качествам не уступают стандартному полиэтилену.

Практическое применение

Авторы разработки подчеркивают, что их целью было создание технологии, готовой к массовому внедрению. Все компоненты нового пластика дешевы, производятся в промышленных масштабах и одобрены санитарными надзорными органами.

Для защиты от преждевременного растворения (например, под дождем) поверхность изделий можно покрывать тонким водостойким слоем. Однако при попадании в океан, где механическое воздействие волн сочетается с постоянным присутствием соли, эта защита разрушится, запуская механизм полной утилизации.

Эта технология позволяет создавать упаковку, которая гарантированно не станет мусором: она либо вернется в производство через систему переработки, либо безопасно исчезнет в морской воде.

Источник: Journal of the American Chemical Society