- นักวิจัยในญี่ปุ่นได้พัฒนาพลาสติกชนิดใหม่ โดยผสมโมโนเมอร์ไอออนิก 2 ตัวเข้าด้วยกัน เพื่อสร้างสะพานเกลือ (Salt Bridges) แบบครอสลิงก์ ซึ่งให้ความแข็งแรงและความยืดหยุ่น
- พลาสติกชนิดใหม่ไม่มีพิษและไม่ติดไฟ ไม่ปล่อยไมโครพลาสติกออกมา สามารถรีไซเคิลและขึ้นรูปใหม่ได้
- นอกจากนี้ยังสามารถปรับแต่งคุณสมบัติ ทำให้สามารถนำไปใช้ได้หลากหลาย
“ขยะพลาสติก” หลายล้านตันถูกทิ้งลงสู่ทะเลทุกปี ส่วนใหญ่ไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ พลาสติกเหล่านี้สามารถตกค้างอยู่ในสิ่งแวดล้อมได้หลายร้อยปี และเมื่อพลาสติกชิ้นใหญ่ เช่น ขวดน้ำ ถุงพลาสติก สลายตัว จะกลายเป็นชิ้นเล็ก ๆ จนแทบจะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า หรือที่เรียกว่า “ไมโครพลาสติก” ที่กำลังกลายเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมในขณะนี้ แต่ล่าสุดนักวิจัยในญี่ปุ่นได้พัฒนาวัสดุชนิดใหม่ที่สามารถละลายในมหาสมุทรได้อย่างสมบูรณ์แล้ว
นักวิทยาศาสตร์และผู้ผลิตพยายามคิดค้นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมแทนพลาสติกที่ใช้กันอยู่ ที่ใช้เวลาย่อยสลายในน้ำนานถึง 500 ปี แม้ว่าในปัจจุบันจะมีตัวเลือกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและรีไซเคิลได้อยู่แล้ว แต่วัสดุเหล่านี้หลายชนิด เช่น พลาสติกชีวภาพ (PLA) ไม่สามารถย่อยสลายได้ในทะเล เนื่องจากไม่ละลายน้ำ
ด้วยข้อจำกัดนี้ทำให้ไมโครพลาสติก ซึ่งเป็นชิ้นส่วนขนาดเล็กกว่า 5 มม. สามารถคงอยู่ในระบบนิเวศทางทะเล เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ และเข้าสู่ห่วงโซ่อาหาร รวมถึงมนุษย์ด้วย
พลาสติกชนิดใหม่
ตามงานวิจัยที่ได้ตีพิมพ์ลงนิตยสาร Science นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิจัย RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) จากประเทศญี่ปุ่น เน้นไปที่การแก้ปัญหาด้วยพลาสติกซุปราโมเลกุล (Supramolecular Plastics) ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่มีโครงสร้างยึดติดกันด้วยปฏิกิริยาแบบกลับคืนได้ จนได้ออกมาพลาสติกชนิดใหม่ ที่ผลิตขึ้นโดยผสมโมโนเมอร์ไอออนิก 2 ตัวเข้าด้วยกัน เพื่อสร้างสะพานเกลือ (Salt Bridges) แบบครอสลิงก์ ซึ่งให้ความแข็งแรงและความยืดหยุ่น
ในการทดสอบเบื้องต้น ใช้โมโนเมอร์ตัวหนึ่งเป็นสารเติมแต่งอาหารทั่วไปที่เรียกว่า “โซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟต” และอีกตัวเป็นโมโนเมอร์ที่มีไอออนกัวนิดิเนียมหลายชนิด ซึงโมโนเมอร์ทั้งสองตัวสามารถย่อยสลายได้โดยแบคทีเรีย ทำให้มั่นใจได้ว่าพลาสติกชนิดนี้จะย่อยสลายได้ทางชีวภาพได้
หลังจากผสมโมโนเมอร์ทั้งสองเข้าด้วยกันในน้ำ นักวิจัยสังเกตเห็นของเหลวที่แยกออกจากกันสองชนิด ชนิดหนึ่งมีความหนืดและมีสะพานเกลือที่ครอสลิงก์ตามโครงสร้างที่สำคัญ ในขณะที่อีกชนิดหนึ่งมีน้ำและมีไอออนของเกลือ
ตัวอย่างเช่น หากใช้โซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟตและอัลคิลไดกัวนิเดียมซัลเฟตเป็นส่วนผสม เมื่อโดนน้ำสารทั้งสองจะแยกออกจากกัน โดยเกลือโซเดียมซัลเฟตจะถูกขับออกไปในชั้นน้ำ เหลือพลาสติกขั้นสุดท้ายคือหมู่แอลคิล SP2 ผลิตได้จากส่วนที่เหลือในชั้นของเหลวหนืดหนาแห้ง
อีกหนึ่งขั้นตอนที่สำคัญของการผลิตพลาสติกชนิดนี้ คือ การกำจัดเกลือ (Desalting) เพราะหากไม่นำเกลือออก วัสดุที่ได้จะเป็นผลึกเปราะบาง ไม่เหมาะสำหรับการใช้งาน และโครงสร้างของพลาสติกจะเสียเสถียรภาพในเวลาไม่กี่ชั่วโมง ดังนั้นเมื่อสร้างพลาสติกที่แข็งแรงและทนทานซึ่งยังสามารถละลายได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการแล้ว นักวิจัยจึงทดสอบคุณภาพของพลาสติกต่อไป
พลาสติกย่อยสลายในน้ำทะเลและดิน
ด้วยการทดสอบกัวนิดิเนียมซัลเฟตประเภทต่าง ๆ ทีมงานจึงสามารถผลิตพลาสติกที่มีความแข็งและความแข็งแรงในการดึงต่างกันได้ ซึ่งทั้งหมดเทียบได้กับหรือดีกว่าพลาสติกทั่วไป หมายความว่าพลาสติกชนิดใหม่นี้สามารถปรับแต่งตามความต้องการได้ ไม่ว่าจะเป็น พลาสติกแข็งที่ทนต่อรอยขีดข่วน พลาสติกคล้ายยางซิลิโคน พลาสติกที่รับน้ำหนักได้ดี หรือพลาสติกยืดหยุ่นที่ทนต่อแรงดึงต่ำ ก็ล้วนเป็นไปได้ทั้งสิ้น ซึ่งเปิดโอกาสให้ใช้งานเฉพาะทาง เช่น การปลูกถ่ายทางการแพทย์หรืออวนจับปลาที่ย่อยสลายได้
นอกจากนี้ นักวิจัยยังได้สร้างพลาสติกที่ย่อยสลายได้ในมหาสมุทรโดยใช้โพลีแซ็กคาไรด์ที่สร้างสะพานเกลือที่ครอสลิงก์กับโมโนเมอร์กัวนิดิเนียม ทำให้ได้พลาสติกที่สามารถใช้ในการพิมพ์ 3 มิติ รวมถึงการใช้งานทางการแพทย์หรือที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพได้อีกด้วย
ที่สำคัญคือพลาสติกชนิดใหม่ไม่มีพิษและไม่ติดไฟ ซึ่งหมายความว่าไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา และสามารถรีไซเคิลขึ้นรูปใหม่ได้ในอุณหภูมิที่สูงกว่า 120 องศาเซลเซียส เช่นเดียวกับเทอร์โมพลาสติกชนิดอื่น ๆ และเมื่อนำพลาสติกไปละลายในน้ำทะเล (น้ำเกลือ) นักวิจัยสามารถคืนสภาพเฮกซาเมตาฟอสเฟตได้ 91% และกัวนิดิเนียมได้ 82% ในรูปแบบผง ซึ่งบ่งชี้ว่าการรีไซเคิลเป็นเรื่องง่ายและมีประสิทธิภาพ
ในขณะเดียวกัน หากนำไปฝังในดิน แผ่นพลาสติกชนิดใหม่จะย่อยสลายอย่างสมบูรณ์ภายในเวลา 10 วัน ทำให้ดินได้รับฟอสฟอรัสและไนโตรเจนคล้ายกับปุ๋ย ซึ่งช่วยให้ดินมีสุขภาพดีอีกด้วย
ทาคูโซะ ไอดะ ผู้นำในการศึกษานี้กล่าวว่า “ด้วยวัสดุชนิดใหม่นี้ เราจึงสามารถสร้างพลาสติกตระกูลใหม่ที่มีความแข็งแรง ทนทาน รีไซเคิลได้ ทำหน้าที่ได้หลายอย่าง และที่สำคัญคือไม่ก่อให้เกิดไมโครพลาสติก”
อย่างไรก็ตาม การวิจัยยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น อีกทั้งกระบวนการผลิตจะต้องขยายขนาดและปรับปรุงเพื่อให้มีต้นทุนต่ำพอที่จะสู้กับพลาสติกที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน และจะต้องได้รับการยอมรับจากภาคอุตสาหกรรมกับสาธารณชน มิฉะนั้น บริษัทหลายแห่งจะไม่เปลี่ยนมาใช้พลาสติกที่ยั่งยืน
มลภาวะจากพลาสติกเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เร่งด่วนที่สุดอย่างหนึ่งในยุคสมัยของเรา และการแก้ไขปัญหานี้ต้องอาศัยวิธีการแก้ปัญหาที่สร้างสรรค์และนวัตกรรมใหม่ เพื่อให้ได้วัสดุที่ดีกว่าและยั่งยืนกว่า
แหล่งข้อมูล
