研究人員開發的一種新型耐用生物可降解塑膠可在海水中分解，為解決微塑膠污染問題提供了潛在的解決方案。這種材料以超分子結構為基礎，可根據不同用途進行定制，並可完全回收利用，從而提高其環境效益。

新型塑膠的藝術效果圖。 塑膠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，阻止微塑膠的形成，使塑膠成為可生物降解的塑膠。 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膠一樣堅固，而且可生物降解，具有在海水中分解的獨特能力。 透過解決關鍵的環境問題，這種塑膠有可能大大減少在海洋和土壤中累積並最終進入食物鏈的微塑膠污染。 研究小組的研究成果今天（11月22日）發表在《科學》雜誌。

多年來，人們一直在努力開發傳統塑膠的可持續替代品，因為傳統塑膠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，但一個重大挑戰仍然存在：其中許多材料，不溶於水，無法在海洋環境中降解。 這種限制使得微塑膠–小於5 毫米的微小碎片–在海洋生態系中持續存在，危害水生生物，並進入食物鏈，包括人類。

在他們的新研究中，Aida 和他的團隊專注於利用超分子塑膠來解決這個問題–超分子塑膠是一種透過可逆相互作用將結構固定在一起的聚合物。 這種新型塑膠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，從而確保塑膠溶解成成分後的生物可降解性。

艾達說：”超分子塑膠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。

製造新塑膠的關鍵是脫鹽。 重新脫鹽可恢復相互作用，並使塑膠溶解。 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後，研究人員觀察到兩種分離的液體。 一種液體黏稠，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，硫酸鈉鹽會被排出到含水層中。 最後的塑料，即烷基SP₂，是通過乾燥粘稠液層中的殘留物製成的。

事實證明，”脫鹽”是關鍵的一步；如果不脫鹽，乾燥後的材料就會變成脆性晶體，無法使用。 將塑膠放入鹽水中重新脫鹽會導致相互作用逆轉，塑膠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膠後，研究人員接下來對這種塑膠的品質進行了測試。

這種新型塑膠無毒、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膠一樣在120°C 以上的溫度下重新塑形。 透過測試不同類型的硫酸胍，研究小組得以製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於傳統塑料。 這意味著新型塑膠可以根據需要進行客製化；硬質抗刮傷塑膠、橡膠矽膠狀塑膠、強承重塑膠或低拉伸柔性塑膠都是可能的。 研究人員還利用與胍基單體形成交聯鹽橋的多醣體創造了海洋降解塑膠。 這類塑膠可用於3D 列印以及醫療或健康相關應用。

最後，研究人員對這種新型塑膠的可回收性和生物降解性進行了研究。 將最初的新型塑膠溶解在鹽水中後，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，新型塑膠薄片在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膠家族，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