塑胶难以被大自然分解,因此也造成不少海洋垃圾问题,最近日本有科学家成功研发出一种新的可降解塑胶材料,该材料可在海水中数小时内完全溶解,同时在土壤中10日内分解完毕。研究团队表示,这种新形塑胶强度媲美传统石油基塑胶,却能避免产生微塑胶污染问题。
来自RIKEN新兴物质科学中心与东京大学及荷兰Eindhoven University of Technology合作进行的研究采用了超分子塑胶技术,通过可逆相互作用将聚合物结构结合。制造过程涉及混合两种离子单体:作为常见食品添加剂的六偏磷酸钠,以及能形成强韧灵活连接的胍离子基单体。
关键技术在于“脱盐”过程。研究人员将两种单体在水中混合时,材料会自动分离成两层:厚实层包含塑胶的结构成分,而水状层则含有盐离子。脱盐过程移除后者,经干燥后的塑胶材料变得坚固耐用。Aida表示,若缺少脱盐步骤,所得材料会变得脆弱而无法使用。
在位于日本和光市的实验室中,研究团队示范了一小块塑胶在盐水容器中搅拌约1小时后完全消失的过程。这种材料重新接触海水时,会在数小时内溶解,原因是混合单体的特性使然。溶解后的大部分材料可以重复使用,令新材料具备回收效率。
新塑胶材料具备多项优势特性。材料无毒、不易燃,不会产生二氧化碳排放,可在摄氏120度以上温度重新塑形,如同其他热塑性塑胶。研究团队通过实验不同类型的硫酸胍发现,这种海水可溶塑胶能按用户需求定制化,制成抗刮、橡胶硅胶状、高承重或低拉伸柔韧等不同特性的产品。材料同样适用于3D打印技术,可制造医疗或健康相关工具。用户只需加入多糖类物质,与单体形成盐桥连接即可。当塑胶在土壤中分解时,会释放磷和氮等肥料中常见的营养物质,为环境带来额外益处。
联合国环境规划局预测,塑胶污染将在2040年前增加两倍,每年向全球海洋添加2,300万至3,700万吨废料。虽然团队尚未详述商业化计划,负责研究的化学家相田卓三表示,研究已吸引重大关注,包括来自包装业界的兴趣。
来源:Reuters