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新型塑料的藝術效果圖。 塑料在海水外可見的交聯鹽橋賦予其結構和強度。 在海水中（以及在土壤中，未畫出），重鹽處理會破壞鹽橋，阻止微塑料的形成，使塑料成為可生物降解的塑料。 資料來源：理化學研究所

理化學研究所新興物質科學中心（CEMS）的會田武三領導的研究人員創造出了一種突破性的塑料，它兼具耐用性和環保性。 這種創新材料不僅與傳統塑料一樣堅固，而且可生物降解，具有在海水中分解的獨特能力。 通過解決關鍵的環境問題，這種塑料有可能大大減少在海洋和土壤中積累并最終進入食物鏈的微塑料污染。 研究小組的研究成果今天（11月22日）發表在《科學》雜志上。

多年來，人們一直在努力開發傳統塑料的可持續替代品，因為傳統塑料不可生物降解且對環境有害。 雖然已經有了一些可生物降解和可回收的選擇，但一個重大挑戰依然存在：其中許多材料，不溶于水，無法在海洋環境中降解。 這種限制使得微塑料--小于 5 毫米的微小碎片--在海洋生態系統中持續存在，危害水生生物，并進入食物鏈，包括人類。

在他們的新研究中，Aida 和他的團隊重點利用超分子塑料來解決這個問題--超分子塑料是一種通過可逆相互作用將結構固定在一起的聚合物。 這種新型塑料由兩種離子單體組合而成，它們能形成交聯鹽橋，從而提供強度和柔韌性。 在最初的測試中，其中一種單體是一種名為六偏磷酸鈉的常見食品添加劑，另一種是幾種胍離子單體中的任何一種。 這兩種單體都能被細菌代謝，從而確保塑料溶解成成分后的生物可降解性。

艾達說："超分子塑料中鍵的可逆性一直被認為會使其變得脆弱和不穩定，而我們的新材料恰恰相反。 在新材料中，鹽橋結構是不可逆的，除非暴露在電解質（如海水中的電解質）中。 關鍵的發現是如何產生這些選擇性不可逆交聯。"

制造新塑料的關鍵是脫鹽。 重新脫鹽可恢復相互作用，并使塑料溶解。 資料來源：理化學研究所

與油水混合一樣，將兩種單體在水中混合后，研究人員觀察到兩種分離的液體。 一種液體粘稠，含有重要的結構交聯鹽橋，另一種液體含水，含有鹽離子。 例如，當使用六偏磷酸鈉和烷基二胍硫酸鹽時，硫酸鈉鹽被排出到含水層中。 最后的塑料，即烷基 SP?，是通過干燥粘稠液層中的殘留物制成的。

事實證明，"脫鹽"是關鍵的一步；如果不脫鹽，干燥后的材料就會變成脆性晶體，無法使用。 將塑料放入鹽水中重新脫鹽會導致相互作用發生逆轉，塑料的結構在幾小時內就會變得不穩定。 因此，在創造出一種在特定條件下仍可溶解的堅固耐用的塑料后，研究人員接下來對這種塑料的質量進行了測試。

這種新型塑料無毒、不易燃--這意味著不會排放二氧化碳，而且可以像其他熱塑性塑料一樣在 120°C 以上的溫度下重新塑形。 通過測試不同類型的硫酸胍，研究小組能夠制備出硬度和拉伸強度各不相同的塑料，其硬度和拉伸強度均可媲美或優于傳統塑料。 這意味著新型塑料可以根據需要進行定制；硬質抗劃傷塑料、橡膠硅膠狀塑料、強承重塑料或低拉伸柔性塑料都是可能的。 研究人員還利用與胍基單體形成交聯鹽橋的多糖創造了海洋降解塑料。 這類塑料可用于 3D 打印以及醫療或健康相關應用。

最后，研究人員對這種新型塑料的可回收性和生物降解性進行了研究。 將最初的新型塑料溶解在鹽水中后，他們能夠回收 91% 的六偏磷酸鹽和 82% 的胍粉末，這表明回收利用既簡單又高效。 在土壤中，新型塑料薄片在 10 天內完全降解，為土壤提供類似肥料的磷和氮。

艾達說："有了這種新材料，我們就創造出了一個新的塑料家族，它堅固、穩定、可回收，具有多種功能，而且重要的是，它不會產生微塑料。"

編譯自/scitechdaily.com