新型塑料的藝術(shù)效果圖。 塑料在海水外可見的交聯(lián)鹽橋賦予其結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。 在海水中(以及在土壤中，未畫出)，重鹽處理會(huì)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(xué)研究所

　　理化學(xué)研究所新興物質(zhì)科學(xué)中心(CEMS)的會(huì)田武三領(lǐng)導(dǎo)的研究人員創(chuàng)造出了一種突破性的塑料，它兼具耐用性和環(huán)保性。 這種創(chuàng)新材料不僅與傳統(tǒng)塑料一樣堅(jiān)固，而且可生物降解，具有在海水中分解的獨(dú)特能力。 通過解決關(guān)鍵的環(huán)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(jìn)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(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

　　多年來，人們一直在努力開發(fā)傳統(tǒng)塑料的可持續(xù)替代品，因?yàn)閭鹘y(tǒng)塑料不可生物降解且對(duì)環(huán)境有害。 雖然已經(jīng)有了一些可生物降解和可回收的選擇，但一個(gè)重大挑戰(zhàn)依然存在：其中許多材料，不溶于水，無法在海洋環(huán)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(tài)系統(tǒng)中持續(xù)存在，危害水生生物，并進(jìn)入食物鏈，包括人類。

　　在他們的新研究中，Aida 和他的團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)利用超分子塑料來解決這個(gè)問題–超分子塑料是一種通過可逆相互作用將結(jié)構(gòu)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(lián)鹽橋，從而提供強(qiáng)度和柔韌性。 在最初的測(cè)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(xì)菌代謝，從而確保塑料溶解成成分后的生物可降解性。

　　艾達(dá)說：”超分子塑料中鍵的可逆性一直被認(rèn)為會(huì)使其變得脆弱和不穩(wěn)定，而我們的新材料恰恰相反。 在新材料中，鹽橋結(jié)構(gòu)是不可逆的，除非暴露在電解質(zhì)(如海水中的電解質(zhì))中。 關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是如何產(chǎn)生這些選擇性不可逆交聯(lián)?！?/p>

　　制造新塑料的關(guān)鍵是脫鹽。 重新脫鹽可恢復(fù)相互作用，并使塑料溶解。 資料來源：理化學(xué)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(jié)構(gòu)交聯(lián)鹽橋，另一種液體含水，含有鹽離子。 例如，當(dāng)使用六偏磷酸鈉和烷基二胍硫酸鹽時(shí)，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(shí)證明，”脫鹽”是關(guān)鍵的一步;如果不脫鹽，干燥后的材料就會(huì)變成脆性晶體，無法使用。 將塑料放入鹽水中重新脫鹽會(huì)導(dǎo)致相互作用發(fā)生逆轉(zhuǎn)，塑料的結(jié)構(gòu)在幾小時(shí)內(nèi)就會(huì)變得不穩(wěn)定。 因此，在創(chuàng)造出一種在特定條件下仍可溶解的堅(jiān)固耐用的塑料后，研究人員接下來對(duì)這種塑料的質(zhì)量進(jìn)行了測(cè)試。

　　這種新型塑料無毒、不易燃–這意味著不會(huì)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(cè)試不同類型的硫酸胍，研究小組能夠制備出硬度和拉伸強(qiáng)度各不相同的塑料，其硬度和拉伸強(qiáng)度均可媲美或優(yōu)于傳統(tǒng)塑料。 這意味著新型塑料可以根據(jù)需要進(jìn)行定制;硬質(zhì)抗劃傷塑料、橡膠硅膠狀塑料、強(qiáng)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(lián)鹽橋的多糖創(chuàng)造了海洋降解塑料。 這類塑料可用于 3D 打印以及醫(yī)療或健康相關(guān)應(yīng)用。

　　最后，研究人員對(duì)這種新型塑料的可回收性和生物降解性進(jìn)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(nèi)完全降解，為土壤提供類似肥料的磷和氮。

　　艾達(dá)說：”有了這種新材料，我們就創(chuàng)造出了一個(gè)新的塑料家族，它堅(jiān)固、穩(wěn)定、可回收，具有多種功能，而且重要的是，它不會(huì)產(chǎn)生微塑料?！?/p>