Композитный пластик легко разлагается бактериями, обеспечивая экологические преимущества

Миллиарды тонн пластиковых отходов захламляют наш мир. Большая их часть скопилась на земле и в океанах или распалась на мельчайшие частицы, известные как микропластик, которые загрязняют воздух и воду, проникая в растительность и кровеносные сосуды людей и других животных.

Масштаб опасности, которую представляют собой пластмассы, растет с каждым годом, поскольку они сделаны из массивных молекул, известных как полимеры, которые нелегко поддаются биологическому разложению. В настоящее время биоразлагаемые пластмассы составляют менее одной пятой от общего объема производимого пластика, а процессы, необходимые для их разложения, относительно обременительны.

В исследовании, опубликованном в АСС НаноДоктор Анжелика Ниязов-Элкан, доктор Хаим Вайсман и профессор Борис Рыбчинский из отдела молекулярной химии и материаловедения Института Вейцмана создали новый композитный пластик, который легко разлагается под воздействием бактерий.

Этот новый материал, полученный путем объединения биоразлагаемого полимера с кристаллами биологического вещества, имеет три основных преимущества: он дешевый, прост в приготовлении и очень прочный. В исследовании также принимали участие покойный доктор Эяль Шимони, доктор Сяомэн Суй, доктор Ишай Фельдман и профессор Х. Дэниел Вагнер.

В настоящее время многие отрасли промышленности с энтузиазмом принимают композитные пластики, которые производятся путем объединения двух или более чистых материалов и обладают различными полезными свойствами, такими как легкость и прочность. Эти пластики теперь служат для производства ключевых деталей самых разных промышленных изделий, от самолетов и автомобилей до велосипедов.

Стремясь создать композитный пластик, который отвечал бы потребностям промышленности и в то же время был бы экологически чистым, исследователи Вейцмана решили сосредоточиться на обычных, недорогих исходных материалах, свойства которых можно было бы улучшить.

Они обнаружили, что молекулы тирозина — распространенной аминокислоты, которая образует исключительно прочные нанокристаллы — могут быть использованы в качестве эффективного компонента в биоразлагаемом композитном пластике.

Изучив, как тирозин сочетается с несколькими типами полимеров, они выбрали гидроксиэтилцеллюлозу — производное целлюлозы, которое широко используется в производстве лекарств и косметики.

Сама по себе гидроксиэтилцеллюлоза является слабым материалом, который легко распадается. Чтобы соединить ее с тирозином, два материала смешивали в кипящей воде. Когда они охлаждались и высушивались, образовывался исключительно прочный композитный пластик, состоящий из волокнистых нанокристаллов тирозина, которые врастали в гидроксиэтилцеллюлозу и интегрировались с ней.

В одном эксперименте, который показал прочность нового пластика, полоска материала толщиной 0,04 мм выдержала нагрузку в 6 килограммов. Более того, команда обнаружила, что новый материал имеет несколько других уникальных характеристик, что делает его еще более полезным для промышленности.

Обычно, когда материал укрепляется, он теряет пластичность. Однако этот новый композитный пластик, помимо того, что он очень прочный, также более пластичен (ковок), чем его основной компонент, гидроксиэтилцеллюлоза. Другими словами, объединение двух материалов создало синергию, которая проявляется в появлении необычных свойств и, следовательно, имеет огромный промышленный потенциал.

Поскольку и целлюлоза, и тирозин, кристаллы которого можно найти в различных видах твердого сыра, съедобны, биоразлагаемый композитный пластик на самом деле можно есть. А вкусный ли он? Нам придется подождать, чтобы узнать: поскольку процесс производства в лаборатории недостаточно гигиеничен для пищевых продуктов, исследователям еще предстоит попробовать его.

Рыбчински говорит: «Последующее исследование, которое мы уже начали, может расширить коммерческий потенциал этого нового материала, поскольку мы заменили кипячение в воде плавлением, которое чаще применяется в промышленности. Это означает, что мы нагреваем биоразлагаемые полимеры до тех пор, пока они не станут жидкими, а затем смешиваем их с тирозином или другими подходящими материалами».

«Если нам удастся преодолеть научные и технические проблемы, связанные с этим процессом, мы сможем изучить возможность производства этого нового композитного пластика в промышленных масштабах».