數小時內溶於海水!科學家開發鹽水可完全降解的塑膠超分子材料

作者 | 發布日期 2025 年 06 月 05 日 13:53 | 分類 尖端科技 , 材料 , 環境科學 line share Linkedin share follow us in feedly line share
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數小時內溶於海水!科學家開發鹽水可完全降解的塑膠超分子材料

為減少塑膠製品環境危害,人們開始推行減塑政策、加強回收觀念、研發可生物降解塑膠替代品等,然而可生物降解塑膠品的降解速度與條件仍存在巨大挑戰。最近,日本研究人員開發出可在數小時內溶解於海水的塑膠,無任何殘留痕跡,真正解決微塑膠污染危機。

塑膠是單體(monomer)小分子經共價鍵連接而成的長鏈聚合物,不同聚合物可形成不同類型塑膠,如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯等,但這些鍵需巨大能量才能破裂,因此對地球環境和生物棲息地帶來迫害,聯合國預測到 2040 年,塑膠環境污染程度將比現在高 3 倍,全球海洋每年增加 23~37 萬噸塑膠廢物。

除了塑膠廢棄物大量增加、擴大海洋污染,更嚴重威脅是小於 5mm 的微塑膠正滲入地球每個角落,進入食物鏈與人體,從深海、北極偏遠地區到我們呼吸的空氣,處處皆可見微塑膠蹤跡。這些污染物在海洋和陸地生態系統引起一系列問題,包括減緩動物生長,影響生育能力並引起器官功能障礙。

近幾年,PLA(聚乳酸)被吹捧為一種可在土壤中生物降解的新興塑膠替代品,然而 PLA 在標準環境條件下,分解時間實際上還是很長,最終它仍完好無損出現在海洋,加上 PLA 塑膠非水溶性,因此隨時間流逝會慢慢裂解成細菌、真菌、酶也無輒的微塑膠。

▲ 開發者相田卓三與其開發的可海水降解的塑膠材料(Source:達志影像)

浸泡在鹽水內完全瓦解

為解決海洋微塑膠災難,日本 RIKEN 新世代物質研究中心(RIKEN Center for Emergent Matter Science)、東京大學團隊嘗試開發能在鹽水生物降解的新材料。

篩選各種分子之後,研究團隊發現一種常見食物添加劑「六偏磷酸鈉」(sodium hexametaphosphate)與胍基單體能形成「鹽橋」(salt bridge),將化合物以強交聯鍵結合,團隊藉此製造出具良好機械強度的新超分子材料。

RIKEN 新世代物質研究中心材料科學家 Takuzo Aida 表示,鹽橋存在一種特定反應,僅能以特定「鑰匙」解開,而這把鑰匙就是鹽。當浸泡在鹽水,電解質打開鹽橋的「鎖」,使薄膜材料可以迅速分解回原材料,團隊實驗表明材料浸泡在鹽水 8.5 個小時後便完全瓦解。

Takuzo Aida 還說,若能從海水設施回收這種新塑膠,我們還可以再次生產新一批超分子塑膠材料,高度循環利用,大幅降低可能損害水生生物並進入食物鏈的微塑膠。

(首圖來源:RIKEN 新世代物質研究中心

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