RIKEN Ortaya Çıkan Madde Bilimi Merkezi'nden (CEMS) Takuzo Aida liderliğindeki araştırmacılar, okyanuslarımızdaki mikroplastik kirliliğine katkıda bulunmayacak dayanıklı bir plastik geliştirdiler. Yeni malzeme geleneksel plastikler kadar güçlü ve biyolojik olarak parçalanabilir, ancak onu özel kılan şey deniz suyunda parçalanmasıdır. Bu nedenle yeni plastiğin okyanuslarda ve toprakta biriken ve sonunda besin zincirine giren zararlı mikroplastik kirliliğini azaltmaya yardımcı olması bekleniyor. Deneysel bulgular 22 Kasım'da Science dergisinde yayınlandı .
Bilim insanları, sürdürülebilir olmayan ve çevreye zarar veren geleneksel plastiklerin yerini alabilecek güvenli ve sürdürülebilir malzemeler geliştirmeye çalışıyor. Bazı geri dönüştürülebilir ve biyolojik olarak parçalanabilir plastikler mevcut olsa da, büyük bir sorun devam ediyor. PLA gibi mevcut biyolojik olarak parçalanabilir plastikler genellikle suda çözünmedikleri için parçalanamadıkları okyanusa ulaşıyor. Sonuç olarak, mikroplastikler (5 mm'den küçük plastik parçaları) su yaşamına zarar veriyor ve kendi bedenlerimiz de dahil olmak üzere besin zincirine giriyor.
Aida ve ekibi yeni çalışmalarında bu sorunu supramoleküler plastiklerle çözmeye odaklandı. Bu plastikler, çapraz bağlı tuz köprüleri oluşturan ve mukavemet ve esneklik sağlayan iki iyonik monomerin birleştirilmesiyle üretildi. İlk testlerde, monomerlerden biri sodyum heksametafosfat adı verilen yaygın bir gıda katkı maddesiydi ve diğeri de birkaç guanidinyum iyon bazlı monomerden herhangi biriydi. Her iki monomer de bakteriler tarafından metabolize edilebilir ve plastik bileşenlerine çözündüğünde biyolojik olarak parçalanabilir.
Aida, "Süpramoleküler plastiklerdeki bağların geri döndürülebilir doğasının onları zayıf ve dengesiz yaptığı düşünülürken," diyor, "yeni malzemelerimiz tam tersi." Yeni malzemede, tuz köprüleri yapısı deniz suyunda bulunanlara benzer elektrolitlere maruz kalmadığı sürece geri döndürülemez. Önemli keşif, bu seçici olarak geri döndürülemez çapraz bağların nasıl oluşturulacağıydı.
Yağ ve su gibi, iki monomeri suda karıştırdıktan sonra araştırmacılar iki ayrı sıvı gözlemlediler. Biri kalın ve viskozdu ve önemli yapısal çapraz bağlı tuz köprülerini içeriyordu, diğeri ise suluydu ve tuz iyonları içeriyordu. Örneğin, sodyum hekzametafosfat ve alkil diguanidinyum sülfat kullanıldığında, sodyum sülfat tuzu sulu tabakaya atıldı. Son plastik, alkil SP 2 , kalın viskoz sıvı tabakada kalanların kurutulmasıyla yapıldı.
"Tuzdan arındırma" kritik adım olarak ortaya çıktı; bu olmadan, ortaya çıkan kurutulmuş malzeme, kullanıma uygun olmayan kırılgan bir kristaldi. Plastiği tuzlu suya koyarak tekrar tuzlamak, etkileşimlerin tersine dönmesine ve plastiğin yapısının birkaç saat içinde dengesizleşmesine neden oldu. Böylece, belirli koşullar altında hala çözülebilen güçlü ve dayanıklı bir plastik yarattıktan sonra, araştırmacılar daha sonra plastiğin kalitesini test ettiler.
Yeni plastikler toksik ve yanıcı değildir, yani CO2 emisyonu yoktur ve diğer termoplastikler gibi 120°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda yeniden şekillendirilebilir. Ekip, farklı guanidinyum sülfat türlerini test ederek, geleneksel plastiklerle karşılaştırılabilir veya daha iyi olan, değişen sertliklere ve çekme mukavemetlerine sahip plastikler üretebildi. Bu, yeni plastik türünün ihtiyaca göre özelleştirilebileceği anlamına gelir; sert, çizilmeye dayanıklı plastikler, kauçuk silikon benzeri plastikler, güçlü ağırlık taşıyan plastikler veya düşük çekme mukavemetli esnek plastikler mümkündür. Araştırmacılar ayrıca guanidinyum monomerleriyle çapraz bağlı tuz köprüleri oluşturan polisakkaritler kullanarak okyanusta parçalanabilen plastikler de ürettiler. Bu tür plastikler 3D baskıda ve tıbbi veya sağlıkla ilgili uygulamalarda kullanılabilir.
Son olarak, araştırmacılar yeni plastiğin geri dönüştürülebilirliğini ve biyolojik olarak parçalanabilirliğini araştırdılar. İlk yeni plastiği tuzlu suda çözdükten sonra, hekzametafosfatın %91'ini ve guanidinyumun %82'sini toz halinde geri kazanabildiler, bu da geri dönüşümün kolay ve etkili olduğunu gösteriyor. Toprakta, yeni plastiğin tabakaları 10 gün boyunca tamamen parçalanarak toprağa gübreye benzer şekilde fosfor ve nitrojen sağladı.
Aida, "Bu yeni malzemeyle, güçlü, dayanıklı, geri dönüştürülebilir, çok işlevli ve en önemlisi mikroplastik üretmeyen yeni bir plastik ailesi yarattık" diyor.
