Una nuova plastica durevole e biodegradabile è stata sviluppata dai ricercatori, la quale si decompone in acqua di mare, offrendo una potenziale soluzione all’inquinamento da microplastica. Questo materiale, basato su strutture supramolecolari, può essere adattato per usi diversi ed è completamente riciclabile, migliorandone i benefici ambientali.
Nuova Plastica Sostenibile
I ricercatori guidati da Takuzo Aida presso il RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) hanno creato una plastica innovativa che unisce durabilità e eco-sostenibilità. Questo materiale innovativo non è solo resistente quanto le plastiche convenzionali ma è anche biodegradabile, con la capacità unica di decomporsi in acqua di mare. Affrontando una critica questione ambientale, questa plastica ha il potenziale per ridurre significativamente l’inquinamento da microplastica, che si accumula negli oceani, nei suoli e alla fine entra nella catena alimentare. I risultati del team sono stati pubblicati oggi (22 novembre) sulla rivista Science.
Gli sforzi per sviluppare alternative sostenibili alle plastiche tradizionali, che non sono biodegradabili e dannose per l’ambiente, sono in corso da anni. Mentre alcune opzioni biodegradabili e riciclabili esistono già, persiste una sfida importante: molti di questi materiali, come il PLA, non si degradano negli ambienti oceanici perché non sono solubili in acqua. Questa limitazione permette alle microplastiche, frammenti minuscoli più piccoli di 5 mm, di persistere negli ecosistemi marini, danneggiando la vita acquatica e finendo nella catena alimentare, compresa quella umana.
Innovativo
Nel loro nuovo studio, Aida e il suo team si sono concentrati su risolvere questo problema con polimeri di plastica supramolecolare con strutture unite da interazioni reversibili. Le nuove plastiche sono state realizzate combinando due monomeri ionici che formano ponti salini reticolati, che forniscono resistenza e flessibilità. Nei test iniziali, uno dei monomeri era un comune additivo alimentare chiamato esametilfosfato di sodio e l’altro era uno qualsiasi dei diversi monomeri a base di ioni guanidinio. Entrambi i monomeri possono essere metabolizzati dai batteri, garantendo la biodegradabilità una volta che la plastica si è sciolta nei suoi componenti.
Mentre la natura reversibile dei legami nelle plastiche supramolecolari è stata pensata per renderle deboli e instabili, dice Aida, i nostri nuovi materiali sono esattamente il contrario. Nel nuovo materiale, la struttura del ponte salino è irreversibile a meno che non venga esposta a elettroliti come quelli presenti in acqua di mare. La scoperta chiave è stata come creare questi legami incrociati selettivamente irreversibili.
Processo di Creazione e Proprietà
Come con l’olio con l’acqua, dopo aver mescolato i due monomeri insieme in acqua, i ricercatori hanno osservato due liquidi separati. Uno era denso e viscoso e conteneva i ponti salini reticolati strutturalmente importanti, mentre l’altro era acquoso e conteneva ioni salini. Ad esempio, quando sono stati utilizzati esametilfosfato di sodio e solfato di diguanidinio alchilico, il solfato di sodio è stato espulso nello strato acquoso. La plastica finale, SP alchilico, è stata creata essiccando ciò che rimaneva nello strato liquido denso e viscoso. Il processo di dissalazione si è rivelato essere il passaggio critico; senza di esso, il materiale essiccato risultante era un cristallo fragile, non adatto all’uso.
La resalinizzazione della plastica, ponendola in acqua salata, ha causato l’inversione delle interazioni e la struttura della plastica si è destabilizzata in poche ore. Avendo così creato una plastica forte e durevole che può ancora essere sciolta in determinate condizioni, i ricercatori hanno successivamente testato la qualità della plastica.
Applicazioni e Impatto Ambientale
Le nuove plastiche sono non tossiche e non infiammabili, il che significa nessuna emissione di CO2 e possono essere rimodellate a temperature superiori a 120°C come le altre termoplastiche. Testando diversi tipi di solfati di guanidinio, il team è stato in grado di generare plastiche con durezze e resistenze alla trazione variabili, tutte paragonabili o migliori delle plastiche convenzionali. Ciò significa che il nuovo tipo di plastica può essere personalizzato in base alle esigenze; plastiche dure resistenti ai graffi, plastiche simili al silicone gommoso, plastiche resistenti al peso o plastiche flessibili a bassa resistenza alla trazione sono tutte possibili.
I ricercatori hanno anche creato plastiche oceanodegradabili utilizzando polisaccaridi che formano ponti salini reticolati con monomeri di guanidinio. Plastiche come queste possono essere utilizzate nella stampa 3D così come in applicazioni mediche o legate alla salute. Infine, i ricercatori hanno indagato sulla riciclabilità e biodegradabilità della nuova plastica. Dopo aver sciolto la plastica iniziale in acqua salata, sono stati in grado di recuperare il 91% dell’esametilfosfato e l’82% del guanidinio come polveri, indicando che il riciclo è facile ed efficiente.
Nel terreno, i fogli della nuova plastica si sono degradati completamente nel corso di 10 giorni, fornendo al terreno fosforo e azoto simili a un fertilizzante. Con questo nuovo materiale, abbiamo creato una nuova famiglia di plastiche che sono forti, stabili, riciclabili, possono svolgere molteplici funzioni e, cosa importante, non generano microplastiche, dice Aida.
Riferimento: Plastiche supramolecolari meccanicamente forti ma metabolizzabili mediante dissalazione durante la separazione di fase 21 novembre 2024, Science. DOI: 10.1126/science.ado1782
