Esošo ekoloģisko plastmasu problēma ir tā, ka to utilizācijai nepieciešami īpaši apstākļi. Lielākā daļa materiālu ar marķējumu „bioloģiski noārdāmi” nesadalās dabiskā jūras vidē, bet tikai sadalās mazās daļiņās — mikroplastmasā. Japāņu zinātnieku grupa no RIKEN centra ir izstrādājusi polimēru uz koksnes celulozes bāzes, kas pilnībā izšķīst sālītā ūdenī dažu stundu laikā.
Saturs
Mūsdienu rūpniecība izmanto plastmasas, kuru molekulas ir savienotas ar neatgriezeniskām ķīmiskām saitēm. Tas nodrošina izstrādājumu izturību, bet padara tos praktiski mūžīgus: dabiskie mikroorganismi nevar iznīcināt šos savienojumus. Jaunais materiāls, kas prezentēts žurnālā Journal of the American Chemical Society, darbojas pēc selektīvās stabilitātes principa: tas paliek cietā veidā uz sauszemes, bet sadalās, nonākot noteiktā ķīmiskā vidē.
Jaunā plastmasa ir izgatavota no karboksimetilcelulozes (KMC) — pieejama koksnes masas atvasinājuma. Parastā stāvoklī šī viela nav tik izturīga kā plastmasa. Lai to pārvērstu par konstrukcijas materiālu, zinātnieki izmantoja jonu saites metodi.
Sastāvā tika ievadīti pozitīvi lādēti guanidīna joni. Tā kā celulozes molekulas ir negatīvi lādētas, sajaucot tās pievelkas viena otrai. Tādējādi rodas blīvs molekulārs tīkls, kas piešķir materiālam cietas plastmasas īpašības.
Šis savienojums ir stabils parastos apstākļos, bet tas ir jutīgs pret sāli. Saldūdenī vai pie mērena mitruma saites saglabājas, taču augsta sāļu koncentrācija jūras ūdenī izraisa sadalīšanās procesu.
Izšķīšanas mehānisms okeānā
Kad plastmasa nonāk jūras ūdenī, sāls joni sāk iekļūt materiālā. Tie aizstāj jonus, kas satur kopā celulozes ķēdes. Elektrostatiskā pievilkšanās pazūd, un plastmasas struktūra sadalās sākotnējos komponentos.
Šis process būtiski atšķiras no parastā sadalīšanās procesa:
- Ātrums: pilnīga izšķīdināšanās aizņem vairākas stundas.
- Nekādu nogulumu veidošanās: materiāls nepārvēršas mikroplastmasā, bet molekulārajā līmenī pāriet šķidrā fāzē.
- Ekoloģiskums: visi sadalīšanās produkti ir netoksiski un jau atrodas dabā.
Fizisko īpašību regulēšana
Sākotnēji celulozes materiāls bija caurspīdīgs un ciet, bet pārāk trausls — tas lūza, mēģinot to saliekt. Lai padarītu to piemērotu iepakojuma vai plēves ražošanai, zinātnieki sastāvā pievienoja holīna hlorīdu (izplatīta pārtikas piedeva).
Šī viela darbojas kā plastifikators. Tā ļauj molekulārajām ķēdēm būt kustīgākām. Mainot šīs piedevas daudzumu, inženieri iemācījās noteikt vajadzīgās īpašības:
- pie zemas koncentrācijas tiek iegūts cietais materiāls, kas līdzinās organiskajam stiklam.
- Pie augstas koncentrācijas materiāls kļūst elastīgs un var izstiepties vairāk nekā divas reizes.
Zinātniekiem jau ir izdevies izveidot izturīgas plēves, kuru biezums ir tikai 0,07 mm un kuras pēc savām ekspluatācijas īpašībām neatpaliek no standarta polietilēna.
Praktiskais pielietojums
Izstrādātāji uzsver, ka to mērķis bija radīt tehnoloģiju, kas būtu gatava masveida ieviešanai. Visi jaunā plastmasas komponenti ir lēti, ražoti rūpnieciskā mērogā un apstiprināti sanitārajās uzraudzības iestādēs.
Lai pasargātu no priekšlaicīgas izšķīšanas (piemēram, lietū), izstrādājumu virsmu var pārklāt ar plānu ūdensizturīgu slāni. Tomēr, nonākot okeānā, kur viļņu mehāniskā iedarbība apvienojas ar pastāvīgu sāls klātbūtni, šī aizsardzība sabojājas, iedarbinot pilnīgas utilizācijas mehānismu.
Šī tehnoloģija ļauj radīt iepakojumu, kas garantēti nekļūs par atkritumiem: tas vai nu atgriezīsies ražošanā caur pārstrādes sistēmu, vai droši pazudīs jūras ūdenī.
