El material puede adaptarse a diferentes usos y es totalmente reciclable
Investigadores dirigidos por Takuzo Aida en el Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente (CEMS) han desarrollado un nuevo plástico duradero que no contaminará nuestros océanos. El nuevo material es tan fuerte como los plásticos convencionales y biodegradable, pero lo que lo hace especial es que se descompone en el agua de mar.
Por lo tanto, se espera que el nuevo plástico ayude a reducir la dañina contaminación por microplásticos que se acumula en los océanos y el suelo y finalmente ingresa en la cadena alimentaria.
Los científicos han estado tratando de desarrollar materiales seguros y sostenibles que puedan reemplazar a los plásticos tradicionales, que no son sostenibles y dañan el medio ambiente.
Si bien existen algunos plásticos reciclables y biodegradables, persiste un gran problema: los plásticos biodegradables actuales, como el PLA, suelen acabar en el océano, donde no se pueden degradar porque son insolubles en agua. Como resultado, los microplásticos (trozos de plástico más pequeños que 5 mm) están dañando la vida acuática y encontrando su camino hacia la cadena alimentaria, incluidos nuestros propios cuerpos.
En su nuevo estudio, Aida y su equipo se centraron en resolver este problema con plásticos supramoleculares: polímeros con estructuras unidas por interacciones reversibles. Los nuevos plásticos se fabricaron combinando dos monómeros iónicos que forman puentes salinos reticulados, que proporcionan resistencia y flexibilidad.
En las pruebas iniciales, uno de los monómeros era un aditivo alimentario común llamado hexametafosfato de sodio y el otro era cualquiera de varios monómeros basados en iones de guanidinio. Ambos monómeros pueden ser metabolizados por bacterias, garantizando la biodegradabilidad una vez que el plástico se disuelve en sus componentes.
Imagen: El proceso clave para la creación del nuevo plástico fue la desalinización, que estabilizó los enlaces cruzados. La resalinización revierte las interacciones y hace que el plástico se disuelva. Crédito: RIKEN
"Si bien se pensaba que la naturaleza reversible de los enlaces de los plásticos supramoleculares los hacía débiles e inestables", afirma Aida, "nuestros nuevos materiales son exactamente lo opuesto".
En el nuevo material, la estructura del puente salino es irreversible a menos que se exponga a electrolitos como los que se encuentran en el agua de mar. El descubrimiento clave fue cómo crear estos enlaces cruzados selectivamente irreversibles.
Al igual que con el aceite y el agua, después de mezclar los dos monómeros en agua, los investigadores observaron dos líquidos separados. Uno era espeso y viscoso y contenía importantes puentes salinos reticulados estructurales, mientras que el otro era acuoso y contenía iones de sal. Por ejemplo, cuando se utilizó hexametafosfato de sodio y sulfato de alquil diguanidinio, la sal de sulfato de sodio se expulsó a la capa acuosa. El plástico final, alquil SP2, se obtuvo secando lo que quedó en la espesa capa de líquido viscoso.
La “desalinización” resultó ser el paso crítico; sin ella, el material seco resultante era un cristal quebradizo, no apto para su uso. Al salar nuevamente el plástico colocándolo en agua salada, las interacciones se revirtieron y la estructura del plástico se desestabilizó en cuestión de horas. Una vez creado un plástico fuerte y duradero que aún puede disolverse bajo ciertas condiciones, los investigadores probaron a continuación la calidad del plástico.
Los nuevos plásticos no son tóxicos ni inflamables (lo que significa que no emiten CO2) y pueden remodelarse a temperaturas superiores a 120°C como otros termoplásticos. Al testar diferentes tipos de sulfatos de guanidinio, el equipo pudo generar plásticos que tenían diferentes durezas y resistencias a la tracción, todas comparables o mejores que los plásticos convencionales. Esto significa que el nuevo tipo de plástico se puede personalizar según las necesidades: son posibles plásticos duros resistentes a los arañazos, plásticos similares a la silicona, plásticos resistentes a la carga o plásticos flexibles de baja tensión.
Los investigadores también crearon plásticos degradables en el océano utilizando polisacáridos que forman puentes salinos reticulados con monómeros de guanidinio. Este tipo de plásticos se pueden utilizar en la impresión 3D, así como en aplicaciones médicas o relacionadas con la salud.
Por último, los investigadores estudiaron la reciclabilidad y biodegradabilidad del nuevo plástico. Después de disolver el nuevo plástico inicial en agua salada, pudieron recuperar el 91% del hexametafosfato y el 82% del guanidinio en forma de polvos, lo que indica que el reciclaje es fácil y eficiente. En el suelo, las láminas del nuevo plástico se degradaron completamente en el transcurso de 10 días, aportando al suelo fósforo y nitrógeno de forma similar a un fertilizante.
“Con este nuevo material hemos creado una nueva familia de plásticos que son fuertes, estables, reciclables, pueden cumplir múltiples funciones y, lo más importante, no generan microplásticos”, afirma Aida.
Los resultados experimentales se publicaron el 22 de noviembre en Science: Mechanically strong yet metabolizable supramolecular plastics by desalting upon phase separation
