Investigadores dirigidos por Takuzo Iida del Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente (CEMS) han desarrollado un nuevo plástico sostenible que no contaminará nuestros océanos. El nuevo material es tan resistente y biodegradable como el plástico convencional, pero lo que lo hace especial es que se descompone en el agua de mar. Por lo tanto, se espera que el nuevo plástico ayude a reducir la contaminación microplástica dañina que se acumula en los océanos y el suelo y eventualmente ingresa a la cadena alimentaria. Los resultados de la prueba se publicaron el 22 de noviembre. ciencia
Los científicos están intentando desarrollar materiales seguros y sostenibles que puedan sustituir a los plásticos tradicionales, que no son sostenibles y son perjudiciales para el medio ambiente. Aunque existen algunos plásticos reciclables y biodegradables, persiste un problema importante. Los plásticos biodegradables actuales, como el PLA, a menudo llegan al océano, donde no pueden degradarse porque son solubles en agua. Como resultado, los microplásticos (trozos de plástico de menos de 5 mm) están dañando la vida acuática y llegando a la cadena alimentaria, incluido nuestro propio cuerpo.
En su nueva investigación, Ida y su equipo se centraron en resolver este problema con plásticos supramoleculares: polímeros con estructuras unidas por interacciones repulsivas. El nuevo plástico se fabricó combinando dos monómeros iónicos para formar puentes salinos reticulados, que proporcionan resistencia y flexibilidad. En las primeras pruebas, uno de los monómeros era un aditivo alimentario común llamado hexametafosfato de sodio y el otro era uno de varios monómeros basados en iones guanidinio. Ambos monómeros pueden ser metabolizados por bacterias, lo que garantiza la biodegradabilidad una vez que el plástico se disuelve en sus componentes.
“Si bien se cree que la naturaleza reversible de los enlaces plásticos supramoleculares los hace débiles e inestables”, dice Ida, “nuestros nuevos materiales son todo lo contrario”. En el nuevo material, la formación de puentes salinos es irreversible hasta que se expone a electrolitos que se encuentran en el agua de mar. El descubrimiento clave fue cómo realizar estos enlaces cruzados selectivamente irreversibles.
Al igual que el aceite con agua, después de mezclar los dos monómeros en agua, los investigadores observaron dos líquidos separados. Uno es espeso y viscoso y contiene importantes puentes salinos reticulados estructurales, el otro es acuoso y contiene iones salinos. Por ejemplo, cuando se usaron hexametafosfato de sodio y sulfato de alquildiguanidinio, la sal de sulfato de sodio se expulsó a la capa acuosa. Plásticos definitivos, alquil sp.2Lo que quedó en una capa líquida espesa y viscosa se obtuvo mediante secado.
La “desalación” resultó ser un paso importante; Sin él, el material seco resultante es un cristal quebradizo, inadecuado para su uso. Resuspender el plástico en agua salada revierte las interacciones y desestabiliza la estructura plástica en cuestión de horas. Así, al crear un plástico resistente y duradero que aún puede disolverse bajo ciertas condiciones, los investigadores probaron la calidad del plástico.
Los nuevos plásticos no son tóxicos ni inflamables, es decir, no emiten CO.2 extrusión y, al igual que otros termoplásticos, se puede remodelar a temperaturas superiores a 120 °C. Al probar diferentes tipos de sulfato de guanidinio, el equipo pudo crear plásticos que tenían una dureza y resistencia a la tracción comparables o mejores que los plásticos convencionales. Esto significa que se pueden personalizar nuevos tipos de plástico para adaptarlos a las necesidades; Son posibles plásticos duros resistentes a los arañazos, plásticos como caucho de silicona, plásticos resistentes que soportan peso o plásticos flexibles de baja resistencia a la tracción. Los investigadores también han desarrollado plásticos degradables en el océano utilizando polisacáridos que forman puentes salinos reticulados con monómeros de guanidinio. Estos plásticos se pueden utilizar en la impresión 3D, así como en aplicaciones médicas o relacionadas con la salud.
Finalmente, los investigadores investigaron la reciclabilidad y biodegradabilidad del nuevo plástico. Después de disolver el nuevo plástico inicial en agua salada, pudieron recuperar el 91% del hexametafosfato y el 82% del guanidinio en forma de polvo, lo que indica que el reciclaje es fácil y eficaz. En el suelo, las nuevas láminas de plástico se descomponen completamente en 10 días, proporcionando al suelo fósforo y nitrógeno como fertilizante.
“Con este nuevo material, hemos creado una nueva familia de plásticos que son fuertes, estables, reciclables, pueden cumplir múltiples funciones y, lo más importante, no producen microplásticos”, afirmó Aida.