Yeni plastik malzeme okyanusta tamamen parçalanıyor

Bilim insanları okyanusları kirletmeyecek plastiklere bir alternatif geliştirdiler. Bu yeni malzeme geleneksel plastikler kadar güçlü ve dayanıklı, ancak önemli bir fark var: deniz suyunda tamamen çözünüyor ve mikroorganizmalar tarafından yenebilecek moleküller bırakıyor.

Biyolojik olarak parçalanabilen çok sayıda plastik türü olmasına rağmen , günümüzde sahip olduğumuz seçeneklerin hiçbiri suda parçalanıp çözünemez. Bu, okyanuslarda mikroplastiklerin birikmesine neden olur ve bu da deniz yaşamına zarar verir ve besin zincirine girer.

Tokyo Üniversitesi profesörü ve RIKEN Ortaya Çıkan Madde Bilimi Merkezi müdür yardımcısı Takuzo Aida, "Plastik atık ve mikroplastik sorunları gerçekten ciddi ve insanların gezegenimizle ne kadar süre geçinebileceğini düşünmeye başladım," dedi. "Özellikle okyanuslarda mikroplastik oluşturmayanlar olmak üzere bu kritik sorunları potansiyel olarak çözebilecek yeni plastikler geliştirmek istiyordum."

Aida, yapıları geri dönüşümlü kimyasal bağlarla bir arada tutulan ve bu sayede biyolojik olarak parçalanmaları daha kolay olan bir malzeme türü olan supramoleküler polimerlerin öncülerinden biridir. Geçmişte bu malzemeler esas olarak tıbbi uygulamalar için ilgi çekiciydi, ancak Aida bunlarda plastiklere bir alternatif olarak da potansiyel görüyor.

Ancak, kimyasal bağlarının geri dönüşümlü doğası nedeniyle, bu tür malzemeler günlük hayatımızda kullandığımız plastiklere kıyasla genellikle zayıf ve dengesizdir. Araştırmacılar, yalnızca deniz suyuyla temas ettiğinde geri dönüşümlü olan kimyasal bağlara sahip yeni bir malzeme tasarlayarak bu zorluğun üstesinden gelebildiler - diğer tüm koşullar altında, geleneksel bir plastik gibi davranıyorlar.

Bu gelişme, okyanuslarımızdaki plastik kirliliğinin ciddi sorunlarını çözmek için geleneksel plastiklerin yerini alabilecek malzemelerin geliştirilmesine doğru atılan ilk adım olarak görülüyor.

Artık mikroplastik yok

Aida ve meslektaşları, iki moleküler yapı taşını birleştirerek bu yeni plastikleri yarattılar. Suda bir araya getirildiklerinde, bu moleküller kendiliğinden aralarında geri dönüşümlü bir bağ türü oluştururlar, buna tuz köprüsü denir. Bu, tuzun suya salınmasıyla sonuçlanırdı, bu da daha sonra güçlü ve dayanıklı bir malzeme bırakmak için çıkarılabilirdi.

Araştırmacılar, bu "tuz giderme" adımının plastik benzeri bir malzeme elde etmek için kritik olduğunu buldular. Bu olmadan, ortaya çıkan malzeme kırılgan olurdu.

Dahası, bu malzeme daha sonra tuzlu suya yerleştirilerek "yeniden tuzlanabilir", bu da yapı taşları arasındaki bağları tersine çevirir ve tüm yapıyı birkaç saat içinde bozar. Ancak tuzdan arındırılmış suya yerleştirildiğinde, malzeme yapısını korur.

Bu, biyolojik olarak parçalanabilen mevcut plastiklerle arasındaki temel farktır; şu anda bu malzemelerin hiçbiri parçalanıp suda çözünemiyor ve bu da zamanla parçalandıkça okyanusta mikroplastik birikmesine neden oluyor.

Aida, "Yeni plastiklerimiz elektrolitlerin varlığında başlangıç ​​bileşiklerine ayrılıyor," dedi. Bu başlangıç ​​bileşikleri, okyanuslarda yaşayan bakteriler tarafından yenildiği bilinen moleküllerdir ve bunlardan biri yaygın olarak gıda katkı maddesi ve toprak gübresi olarak bile kullanılır.

Testler, yeni malzemenin toksik olmadığını ve yanıcı olmadığını ortaya koydu. Diğer plastikler gibi, şekli yüksek sıcaklıklarda kalıplanabilir. Bilim insanları, tuzlu suda çözdükten sonra, iki orijinal yapı taşının %91'ini ve %82'sini geri kazanabildiler ve geri dönüştürülmesinin kolay olduğunu gösterdiler .

Yeni malzemeler tuzdan arındırılmış suda çözünmese de, ilk testler bu malzemelerin suyun bir kısmını emebileceğini ve zamanla deforme olabileceğini gösterdi; bilim insanları bunun hidrofobik bir kaplama eklenerek önlenebileceğini gösteriyor. Bu kaplamalı plastikler parçalara ayrıldığında deniz suyunda hala çözünebilir.

Fırsatlar denizini keşfetmek

Aida ve meslektaşlarının bu yeni malzeme türünü yapmak için geliştirdiği teknik, çok sayıda farklı yapı taşına uygulanabilir ve bu da nihai malzemenin özelleştirilmesine olanak tanır. Uygulamaya bağlı olarak, bu malzemeler daha güçlü, daha esnek, çizilmeye dayanıklı veya kauçuksu yapılabilir. Örneğin, araştırmacıların oluşturduğu versiyonlardan biri 3D baskıda kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

Aida, "Yeni plastik malzemelerimiz, mekanik olarak sert, hafif malzemelerin gerekli olduğu durumlarda yaygın olarak kullanılabilir" dedi.

Mevcut plastiklere uygulanabilir bir alternatif sunmak için, herhangi bir yeni malzemenin endüstriyel ölçekte üretilmesi gerekir. Aida, "Plastiklerimiz ısıtmadan suda üretilebilir," dedi. "Sentetik sürecimizin kolayca ölçeklendirilebileceğine inanıyoruz."

Ayrıca, yapı taşlarından birinin çok düşük bir fiyata temin edilebilmesi ve diğerinin ticari kimyasallardan tek adımlı bir reaksiyonla sentezlenebilmesi, bu tür malzemelerin geleneksel plastiklerle maliyet açısından rekabetçi hale getirilmesine katkıda bulunabilir.

Aida ve meslektaşları, ileride bu plastiklerin daha geniş bir uygulama yelpazesini kapsayan yeni versiyonlarını geliştirmeye devam etmeyi planlıyor. Üstesinden gelmek istedikleri başlıca sınırlamalardan biri, bu malzemelerin hala en yaygın plastikler kadar bükülebilir olmamasıdır.

Daha yakından incelemek istedikleri bir diğer şey de bu yeni plastiklerin bozunduklarında çevreye hangi bileşikleri saldığıdır . Aida'nın da belirttiği gibi, okyanuslar şu anda fosfor eksikliğinden muzdaripken, plastik atıkların en çok gittiği kıyılar zaten fosforla doludur. Ancak diğer uygulamalarda bu faydalı olabilir.

Aida, "Yeni plastiklerimizin tarımda kullanılıp kullanılamayacağını araştırmak istiyoruz. Çünkü bu malzemeler gübreler için olmazsa olmaz olan fosfor ve azot elementlerini içeriyor."dedi.

Kaynak: advancedsciencenews.com