Dayanıklı supramoleküler plastik okyanusta tamamen parçalanabilir ve mikroplastik üretmez

[™ Admin]

Dayanıklı supramoleküler plastik okyanusta tamamen parçalanabilir ve mikroplastik üretmez

RIKEN Ortaya Çıkan Madde Bilimi Merkezi'nde (CEMS) Takuzo Aida liderliğindeki araştırmacılar, okyanuslarımızı kirletmeyecek yeni ve dayanıklı bir plastik geliştirdiler. Yeni malzeme, geleneksel plastikler kadar güçlü ve biyolojik olarak parçalanabilir, ancak onu özel kılan şey deniz suyunda parçalanmasıdır. Bu nedenle yeni plastiğin, okyanuslarda ve toprakta biriken ve sonunda besin zincirine giren zararlı mikroplastik kirliliğini azaltmaya yardımcı olması bekleniyor.

Bilim insanları, sürdürülebilir olmayan ve çevreye zarar veren geleneksel plastiklerin yerini alabilecek güvenli ve sürdürülebilir malzemeler geliştirmeye çalışıyorlar. Bazı geri dönüştürülebilir ve biyolojik olarak parçalanabilir plastikler mevcut olsa da, büyük bir sorun devam ediyor. PLA gibi mevcut biyolojik olarak parçalanabilir plastikler, suda çözünmedikleri için parçalanamayacakları okyanusa sıklıkla ulaşıyor. Sonuç olarak, mikroplastikler (5 mm'den küçük plastik parçaları) su yaşamına zarar veriyor ve kendi bedenlerimiz de dahil olmak üzere besin zincirine giriyor.

Aida ve ekibi yeni çalışmalarında bu sorunu supramoleküler plastiklerle çözmeye odaklandı. Bu plastikler, mukavemet ve esneklik sağlayan çapraz bağlı tuz köprüleri oluşturan iki iyonik monomerin birleştirilmesiyle üretildi.

İlk testlerde, monomerlerden biri sodyum heksametafosfat adı verilen yaygın bir gıda katkı maddesiydi ve diğeri de çeşitli guanidinyum iyon bazlı monomerlerden herhangi biriydi. Her iki monomer de bakteriler tarafından metabolize edilebilir ve plastik bileşenlerine çözündüğünde biyolojik olarak parçalanabilir.

"Supramoleküler plastiklerdeki bağların geri döndürülebilir doğasının onları zayıf ve dengesiz hale getirdiği düşünülürken," diyor Aida, "yeni malzemelerimiz tam tersi."

Yeni malzemede, tuz köprüsü yapısı deniz suyunda bulunanlar gibi elektrolitlere maruz kalmadığı sürece geri döndürülemez. Önemli keşif, bu seçici geri döndürülemez çapraz bağların nasıl oluşturulacağıydı.

Yağ ve su gibi, iki monomeri suda karıştırdıktan sonra araştırmacılar iki ayrı sıvı gözlemlediler. Biri kalın ve viskozdu ve önemli yapısal çapraz bağlı tuz köprüleri içeriyordu, diğeri ise suluydu ve tuz iyonları içeriyordu. Örneğin, sodyum hekzametafosfat ve alkil diguanidinyum sülfat kullanıldığında, sodyum sülfat tuzu sulu tabakaya atılıyordu. Son plastik olan alkil SP2, kalın viskoz sıvı tabakada kalanların kurutulmasıyla yapıldı.

"Tuz giderme" kritik adım olarak ortaya çıktı; bu olmadan, elde edilen kurutulmuş malzeme kullanılmaya uygun olmayan kırılgan bir kristaldi. Plastiği tuzlu suya koyarak tekrar tuzlamak, etkileşimlerin tersine dönmesine ve plastiğin yapısının birkaç saat içinde dengesizleşmesine neden oldu. Böylece, belirli koşullar altında hala çözülebilen güçlü ve dayanıklı bir plastik oluşturduktan sonra, araştırmacılar daha sonra plastiğin kalitesini test ettiler.

Yeni plastikler toksik ve yanıcı değildir, yani CO2 emisyonu yoktur ve diğer termoplastikler gibi 120°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda yeniden şekillendirilebilir. Ekip, farklı guanidinyum sülfat türlerini test ederek, geleneksel plastiklerle karşılaştırılabilir veya daha iyi olan, değişen sertliklere ve çekme mukavemetlerine sahip plastikler üretebildi. Bu, yeni plastik türünün ihtiyaca göre özelleştirilebileceği anlamına gelir; sert çizilmeye dayanıklı plastikler, kauçuk silikon benzeri plastikler, güçlü ağırlık taşıyan plastikler veya düşük çekme mukavemetli esnek plastikler mümkündür.

Araştırmacılar ayrıca guanidinyum monomerleriyle çapraz bağlı tuz köprüleri oluşturan polisakkaritler kullanarak okyanusta parçalanabilen plastikler de yarattılar. Bu tür plastikler 3D baskıda ve tıbbi veya sağlıkla ilgili uygulamalarda kullanılabilir.

Son olarak, araştırmacılar yeni plastiğin geri dönüştürülebilirliğini ve biyolojik olarak parçalanabilirliğini araştırdı. İlk yeni plastiği tuzlu suda çözdükten sonra, hekzametafosfatın %91'ini ve guanidinyumun %82'sini toz halinde geri kazanabildiler; bu da geri dönüşümün kolay ve etkili olduğunu gösteriyor. Toprakta, yeni plastiğin tabakaları 10 gün içinde tamamen parçalanarak toprağa gübreye benzer şekilde fosfor ve azot sağladı.

"Bu yeni malzemeyle, güçlü, kararlı, geri dönüştürülebilir, birden fazla işlevi yerine getirebilen ve en önemlisi mikroplastik üretmeyen yeni bir plastik ailesi yarattık," diyor Aida.

Kaynak: Phys