グリーン環境保護：新型リサイクル可能プラスチックは海水中で安全に分解され、マイクロプラスチック粒子を生成しない

新型プラスチックの芸術効果図。プラスチックが海水の外に見える架橋塩橋はその構造と強度を与える。海水中（および土壌中では、描かれていない）では、重塩処理は塩橋を破壊し、マイクロプラスチックの形成を阻止し、プラスチックを生分解可能なプラスチックにする。出所：理化学研究所

理化学研究所新興物質科学センター（CEMS）の会田武三リーダーの研究者は、耐久性と環境保護性を兼ね備えた画期的なプラスチックを作り出した。この革新的な材料は伝統的なプラスチックと同じように頑丈であるだけでなく、生分解可能であり、海水中で分解する独特の能力を持っている。重要な環境問題を解決することで、このプラスチックは海洋や土壌に蓄積され、最終的に食物連鎖に入るマイクロプラスチック汚染を大幅に減らす可能性がある。研究チームの研究成果は本日（11月22日付）『サイエンス』誌に発表された。

伝統的なプラスチックは生分解できず、環境に有害であるため、長年にわたって伝統的なプラスチックの持続可能な代替品の開発に取り組んできた。すでにいくつかの生分解性と回収可能な選択肢があるが、その中の多くの材料は、水に溶けず、海洋環境で分解できないという重大な課題が残っている。この制限により、マイクロプラスチック–5未満ミリの微小破片–海洋生態系に存在し続け、水生生物に危害を与え、人間を含む食物連鎖に入り込む。

彼らの新しい研究では、Aidaと彼のチームは超分子プラスチックを重点的に利用してこの問題を解決した。超分子プラスチックは可逆的な相互作用によって構造を固定するポリマーである。この新しいプラスチックは、架橋塩橋を形成し、強度と柔軟性を提供する2種類のイオンモノマーを組み合わせたものである。最初の試験では、モノマーの1つはヘキサメタリン酸ナトリウムという一般的な食品添加物であり、もう1つはいくつかのグアニジンイオンモノマーのいずれかである。いずれのモノマーも細菌によって代謝され、プラスチックが成分に溶解した後の生分解性を確保することができる。

アイダ氏は、「超分子プラスチック中の結合の可逆性は、脆弱で不安定になると考えられてきたが、私たちの新しい材料はその逆だ」と述べた。新しい材料では、海水中の電解質などの電解質に曝されない限り、塩橋構造は不可逆的である。重要な発見は、これらの選択的非可逆架橋をどのように生成するかです。」

新しいプラスチックを作る鍵は脱塩です。再脱塩は相互作用を回復し、プラスチックを溶解させることができる。出所：理化学研究所

油水と同様に、2種類のモノマーを水中で混合した後、研究者は2種類の分離した液体を観察した。1つの液体は粘稠で、重要な構造架橋塩橋を含み、もう1つの液体は水を含み、塩イオンを含む。例えば、ヘキサメタリン酸ナトリウムとアルキルジグアニジン硫酸塩を使用する場合、硫酸ナトリウム塩は水性層中に排出される。最後のプラスチック、すなわちアルキルSPガリウムは、粘稠液層中の残留物を乾燥することによって製造された。

事実は、「脱塩」が重要な一歩であることを証明している。脱塩しなければ、乾燥後の材料は脆性結晶となり、使用できなくなる。塩水にプラスチックを入れて再脱塩すると相互作用が逆転し、プラスチックの構造が数時間で不安定になる。そこで、特定の条件下でも溶解可能な頑丈で耐久性のあるプラスチックを作り出した後、研究者は次にこのプラスチックの品質をテストした。

この新しいプラスチックは毒性がなく、燃えにくい–これは二酸化炭素を排出しないことを意味し、他の熱可塑性プラスチックのように120℃以上の温度で再成形することができる。異なるタイプの硫酸グアニジンをテストすることで、研究チームは硬度と引張強度がそれぞれ異なるプラスチックを製造することができ、その硬度と引張強度は伝統的なプラスチックに匹敵するか、優れている。これは、新型プラスチックが必要に応じてカスタマイズできることを意味します。硬質耐傷性プラスチック、ゴムシリカゲル状プラスチック、強荷重性プラスチックまたは低引張可撓性プラスチックはすべて可能である。研究者はまた、グアニジルモノマーと架橋塩橋を形成する多糖を利用して海洋分解プラスチックを創造した。このようなプラスチックは、3 D印刷や医療や健康関連の用途に使用することができる。

最後に、研究者はこの新型プラスチックの回収性と生分解性について研究を行った。最初の新しいプラスチックを塩水に溶解すると、ヘキサメタリン酸塩の91%と82%を回収することができますのグアニジン粉末を使用しており、これはリサイクルが簡単で効率的であることを示している。土壌中では、新しいプラスチックシートが10日以内に完全に分解され、土壌に肥料のようなリンと窒素を提供する。

アイダ氏は、「この新しい材料があれば、私たちは新しいプラスチックファミリーを創造しました。それは丈夫で、安定して、回収できて、多種の機能を持っています。そして重要なのは、マイクロプラスチックを生成しないことです」と話した。