Revolučný plast na báze rastlín: Rozklad v slanej vode bez mikroplastov

Japonskí vedci vyvinuli nový typ plastu z rastlinnej celulózy, ktorý sa rýchlo rozkladá v prírodnom prostredí bez zanechania mikroplastov. Mohol by to byť prelom v boji proti znečisteniu.

Tím vedcov z RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) pod vedením Takuzu Aidu predstavil inovatívne riešenie problému mikroplastov. Ich najnovší výskum, publikovaný v Journal of the American Chemical Society, opisuje plast vyrobený z rastlinnej celulózy, najrozšírenejšej organickej zlúčeniny na svete. Tento nový plast vyniká svojou pevnosťou, flexibilitou a schopnosťou rýchleho rozkladu v prirodzených podmienkach. Na rozdiel od bežných plastov označených ako biodegradovateľné, tento materiál sa skutočne rozkladá v morskom prostredí a nezanecháva po sebe nebezpečné mikroplasty.

Problém s mikroplastami je globálny. Nachádzajú sa prakticky všade – v pôde, oceánoch, v telách zvierat a rastlín a dokonca aj v ľudskom tele. Ich prítomnosť v tkanivách a krvnom obehu môže mať negatívny dopad na zdravie. Hoci biodegradovateľné plasty a plasty odvodené od celulózy nie sú novinkou, väčšina z nich sa v morskom prostredí nerozkladá dostatočne rýchlo, alebo vôbec, čím prispieva k hromadeniu mikroplastov.

Aidov tím už minulý rok predstavil plast, ktorý sa v slanej vode rozložil v priebehu niekoľkých hodín bez zanechania mikroplastov. Išlo o supramolekulárny plast zložený z dvoch polymérov spojených vratnými interakciami. V prítomnosti slanej vody sa tieto väzby rozpadli a plast sa rozložil. Tento materiál však nebol ideálny pre rozsiahlu priemyselnú výrobu.

Komentár redakcie: Nový plast má potenciál nahradiť bežné plasty v mnohých aplikáciách, od obalov potravín po textilný priemysel. Otázkou zostáva, ako rýchlo a za akú cenu sa podarí túto technológiu komerčne rozšíriť. Mnoho ľudí vyjadrilo obavy ohľadom likvidácie existujúcich mikroplastov a zabezpečenia konkurencieschopnosti ceny nového plastu.

Nový rastlinný plast je konštruovaný podobne, s tým rozdielom, že jeden z polymérov je komerčne dostupný derivát drevnej buničiny (karboxymetylcelulóza), schválený úradom FDA. Nájdenie vhodného druhého polyméru si vyžiadalo istý čas, ale nakoniec tím objavil bezpečné zosieťovacie činidlo na báze pozitívne nabitých polyetylénimín guanidíniových iónov. Po zmiešaní celulózy a guanidíniových iónov vo vode pri izbovej teplote sa tieto molekuly s opačným nábojom pritiahli a vytvorili sieťovú štruktúru, ktorá dodáva plastu pevnosť. V prítomnosti slanej vody sa soľné mostíky, ktoré držia sieť pohromade, rozpadnú, čo vedie k rozkladu. Na ochranu pred neúmyselným rozkladom je možné plast ošetriť tenkou povrchovou vrstvou.

Počiatočným problémom nového plastu bola jeho krehkosť spôsobená celulózou. Výsledný materiál bol priehľadný a veľmi tvrdý, ale zároveň krehký a pripomínal sklo. Vedci preto hľadali vhodné plastifikátory – malé molekuly, ktoré by zlepšili flexibilitu plastu bez negatívneho vplyvu na jeho tvrdosť. Po rozsiahlych experimentoch zistili, že organická soľ cholín chlorid funguje výborne. Pridaním rôznych množstiev tejto potravinárskej prísady (schválenej FDA) dokázali presne regulovať flexibilitu plastu. V závislosti od množstva cholín chloridu môže byť plast buď tvrdý ako sklo, alebo tak elastický, že sa dá natiahnuť až o 130 % svojej pôvodnej dĺžky. Je možné z neho vyrobiť aj tenké a pevné fólie s hrúbkou iba 0,07 mm.

Vylepšenia pôvodného dizajnu sú významné. "Zatiaľ čo naša pôvodná štúdia sa zameriavala skôr na koncept," vysvetľuje Aida, "táto štúdia ukazuje, že naša práca je teraz v praktickejšej fáze." Nový supramolekulárny plast z karboxymetylcelulózy, označený ako CMCSP, je rovnako pevný ako bežné plasty na báze ropy a jeho mechanické vlastnosti sa dajú prispôsobiť podľa potreby bez toho, aby sa znehodnotila jeho priehľadnosť, spracovateľnosť, rozložiteľnosť v slanej vode alebo recyklovateľnosť v uzavretom cykle. Použitím bežných a lacných biodegradovateľných prísad schválených úradom FDA zabezpečil Aida so svojím tímom, že sa ich plast bude môcť rýchlo uplatniť v reálnych aplikáciách.

"Príroda produkuje približne jeden bilión ton celulózy ročne," hovorí Aida. "Z tejto hojnej prírodnej látky sme vytvorili flexibilný, ale pevný plastový materiál, ktorý sa bezpečne rozkladá v oceáne. Táto technológia pomôže chrániť Zem pred znečistením plastami."