ابداع پلاستیکی که در آب دریا ناپدید می‌شود

این ماده انقلابی که توسط محققان مرکز RIKEN برای علوم مواد اضطراری(CEMS) ساخته شده است، می‌تواند به حل یکی از مهم‌ترین چالش‌های زیست محیطی سیاره ما که تجمع میکروپلاستیک‌ها در اقیانوس‌ها است، کمک کند.

به نقل از اس‌اف، این پلاستیک جدید فقط یک ماده زیست تخریب پذیر نیست که به قطعات کوچک‌تر تجزیه می‌شود بلکه هنگامی که در معرض آب نمک قرار می‌گیرد، به طور کامل به واحدهای سازنده خود تجزیه می‌شود و اجزایی را که باکتری‌های دریایی می‌توانند متابولیزه کنند، از خود به جای می‌گذارد. این پلاستیک را مانند یک حبه قند پیچیده در نظر بگیرید. در حالی که یک پلاستیک معمولی ممکن است مانند سنگی باشد که فقط به سنگ‌های کوچک‌تر می‌شکند، این ماده جدید مانند قند در آب حل می‌شود و هیچ چیز مضری باقی نمی‌گذارد.

آنچه که این کشف را هیجان‌انگیز می‌کند این است که این پلاستیک جدید قدرت را فدای پایداری نمی‌کند. گروه تحقیقاتی موادی را ایجاد کردند که در واقع از بسیاری از پلاستیک‌های معمولی قوی‌تر هستند و برخی از نسخه‌های آن، سختی مشابه رزین‌های اپوکسی سنتی دارند. آنها شفاف، بادوام هستند و می‌توانند با گرما مشابه ترموپلاستیک‌های معمولی تغییر شکل دهند. یک نسخه از آنها حتی ثابت کرد که نسوز است.

تاکوزو آیدا(Takuzo Aida)، محقق ارشد این مطالعه، در بیانیه‌ای می‌گوید: در حالی که تصور می‌شود ماهیت برگشت‌پذیر پیوندها در پلاستیک‌های سوپرمولکولی آنها را ضعیف و ناپایدار می‌کند، مواد جدید ما دقیقا برعکس هستند.

به گفته مجله ساینس(Science)، راز ساخت این ماده‌ی قابل توجه، در شیمی منحصر به فرد آن نهفته است. برخلاف پلاستیک‌های سنتی که توسط پیوندهای شیمیایی قوی که هرگز به طور طبیعی از هم جدا نمی‌شوند، به هم متصل می‌شوند، این پلاستیک‌های جدید با استفاده از آنچه دانشمندان «پل‌های نمک» می‌نامند ساخته می‌شوند. پل‌های نمک اتصالات برگشت‌پذیری هستند که می‌توانند توسط آب نمک از هم جدا شوند. مجموعه‌ای پیچیده از بلوک‌های لگو را تصور کنید که تا زمانی که در معرض یک عنصر خاص قرار نگیرند، محکم به هم متصل می‌مانند.

محققان از دو ماده اصلی استفاده کردند: یک ترکیب فسفات حلقه‌ای(هگزامتافسفات سدیم) که به طور معمول در افزودنی‌های غذایی و مواد بهسازی خاک استفاده می‌شود و ترکیبات مختلف مبتنی بر گوانیدینیم که برخی از آنها از منابع طبیعی به دست می‌آیند. هنگامی که این مواد در آب مخلوط می‌شوند، تحت یک فرآیند جذاب به نام جداسازی فاز مایع-مایع قرار می‌گیرند که شبیه به نحوه جدا شدن روغن و آب، اما پیچیده‌تر است.

این فرآیند جداسازی برای موفقیت مواد بسیار مهم است. در طول تولید، اجزای نمک ناخواسته به طور طبیعی دفع می‌شوند و مایع غلیظی باقی می‌ماند که می‌توان آن را به شکل یک پلاستیک جامد در آورد. ماده به دست آمده در آب معمولی پایدار است اما وقتی در معرض آب نمک قرار می‌گیرد از بین می‌رود، زیرا نمک پل‌های نگهدارنده ساختار را به هم می‌زند.

این گروه پتانسیل کاربردی پلاستیک را به چندین روش نشان داد. آنها مواد گوناگونی از فیلم‌های نازک گرفته تا اشیاء چاپ سه‌بعدی شده‌ای را با استفاده از آن ساختند. آنها حتی نشان دادند که چگونه می‌توان از این ماده به عنوان یک چسب قوی در زیر آب استفاده کرد. هنگامی که آنها می‌خواستند پلاستیک را در برابر آب مقاوم کنند، به سادگی یک پوشش محافظ نازک به آن اضافه کردند که به مواد اجازه می‌داد شکل خود را در هنگام غوطه‌ور شدن حفظ کنند.

جالب‌تر از همه، محققان یک نسخه‌ را با استفاده از کندرویتین سولفات که یک پلی ساکارید طبیعی است که معمولا در غضروف یافت می‌شود، توسعه دادند. این نوع از پلاستیک حتی قوی‌تر از نسخه‌های اصلی بود و نشان داد که پلاستیک‌های پایدار را می‌توان از مواد زیستی بدون به خطر انداختن عملکرد آنها ساخت.

در آزمایش برای بررسی دوام این پلاستیک، نتایج چشمگیری به دست آمد. آنها در دماهای تا حدود ۳۰۰ درجه سانتیگراد(۵۷۲ درجه فارنهایت) پایدار ماندند و مشخصه‌های استحکامی را نشان دادند که با بسیاری از پلاستیک‌های معمولی مطابقت داشت یا حتی بیشتر از آنها بود. با این حال، هنگامی که در معرض خاک قرار گرفتند، بسیار سریع‌تر از پلاستیک‌های زیست تخریب‌پذیر سنتی تجزیه شدند.