Прощай, пластиковые отходы: вот и синтетический полимер, который саморазрушается

В природе существуют полимеры, которые разлагаются более или менее быстро, а другие, например пластмассы, разлагаются веками. Увидев горную тропу, заваленную пластиковыми бутылками, у исследователя-химика Ювэй Гу произошло прозрение. И он спросил себя: «Почему синтетические пластиковые полимеры остаются неизменными на протяжении веков?» Ответ кроется в химии.

Фактически, природные полимеры, такие как ДНК и белки, разрушаются в конце своего жизненного цикла, поскольку содержат внутри себя так называемые «группы-помощники» — химические единицы, интегрированные в молекулярную цепь, которые облегчают разрыв химических связей при активации. Гу и его команда из Университета Рутгерса решили скопировать этот принцип, сумев создать искусственный пластик, который ведет себя таким же образом, без необходимости его переработки.

В исследовании, опубликованном в журнале Природная химияУченые показали, что они могут синтезировать пластики, которые начинают самопроизвольно разлагаться в нормальных условиях окружающей среды, без необходимости нагревания, интенсивного света или агрессивной химической обработки. Суть открытия заключается не только в том, чтобы сделать пластик разлагаемым, но и в том, чтобы сделать этот процесс полностью программируемым. Как? Ключевым моментом является точное пространственное расположение компонентов химической структуры полимера.

Как работает саморазрушающийся пластик?

Приведу пример: это все равно, что подготовить лист бумаги к складыванию так, чтобы он легко порвался по сгибу. Этот метод заставляет материал разрушаться в тысячи раз быстрее, чем обычно. «Самое главное, мы обнаружили, что точное пространственное расположение этих соседних групп резко меняет скорость деградации полимера.— объясняет Гу. —Контролируя его ориентацию и размещение, мы можем создать тот же пластик, который будет разлагаться в течение дней, месяцев или даже лет.Команда Рутгерса превратила наблюдение, сделанное в тихом парке, в одну из самых многообещающих инноваций для безотходного будущего.

Суперустойчивый пластик

Исследование американского университета позволяет программировать их деградацию без изменения их устойчивости во время использования и предлагает потенциальный ответ на растущее глобальное производство пластиковых отходов. Команда также продемонстрировала, что деградацию можно включать и выключать с помощью внешних факторов, таких как ультрафиолет или ионы металлов, что добавляет еще один ценный уровень контроля для пользователей и систем управления отходами. И последствия огромны:

• Кратковременная упаковка: контейнеры для еды на вынос или одноразовая упаковка, которая может саморазрушиться в течение нескольких дней.
• Промышленные компоненты длительного использования: материалы для автомобилей или сельскохозяйственного оборудования, которые будут оставаться долговечными и полезными в течение многих лет, разрушаясь только в конце своего жизненного цикла.

«Наша стратегия предусматривает практический, основанный на химии метод изменения конструкции этих материалов, чтобы они могли продолжать хорошо работать во время использования, но затем естественным образом разлагались.«, — сказал Гу. Кроме того, в результате первых испытаний, проведенных на образцах пластика, группа американских ученых установила, что жидкость, образующаяся в результате разложения, нетоксична, хотя проводятся дальнейшие исследования для подтверждения ее полной экологической безопасности.

В настоящее время команда изучает, как интегрировать этот химический процесс в традиционные пластмассы и современные методы производства для широкомасштабного внедрения. Исследования также необходимо распространить на другие горизонты, такие как разработка «умных» и реактивных полимерных материалов в таких областях, как медицина (например, капсулы с лекарствами с контролируемым высвобождением) и самостирающиеся покрытия.