新技術可設定塑料使用壽命，從數天、數月到數年不等
受DNA等天然聚合物啟發，化學家設計出一種方法，可精確調控塑料的降解時間——從數天、數月到數年不等，從而讓塑料在完成使命后自然分解，而非在環境中存留數百年造成污染。研究人員希望這項新技術能催生出完成功能后可安全自毀的塑料制品。相關論文近日發表于《自然-化學》。
全球每年丟棄數億噸塑料。圖片來源：Cavan Images/Alamy
2022年，全球被丟棄的塑料超過2.5億噸，其中僅14%得到回收利用，其余均被焚燒或填埋。實用型可降解塑料的構想已存在至少35年，人們曾嘗試用竹子、海藻等各種原材料制造這類塑料。但現實是，許多此類材料難以通過堆肥降解，且生產商常做出不切實際的承諾。
如今，美國羅格斯大學的顧玉偉（音）和同事正在研發一種可調控塑料壽命的技術，使塑料能在堆肥或自然環境中快速分解。
顧玉偉想知道，為什么DNA、RNA等天然長鏈聚合物能相對快速降解，而塑料等合成聚合物卻難以實現？是否有方法能否復制天然聚合物的降解機制？
天然聚合物中含有一種名為“鄰近基團”的化學結構，能促進解構過程。這種結構可引發稱為“親核攻擊”的內部反應，從而切斷聚合物鏈的化學鍵。這對普通塑料而言需要消耗大量能量。
顧玉偉團隊仿照天然鄰近基團創造出人工化學結構，并將其融入新型塑料的制造過程中。他們發現，由此制得的材料能輕松分解，且通過調整添加物的結構，可以精確調控材料在解構前保持完整的時間。
塑料分解后，長聚合物鏈會被轉化成小分子碎片，顧玉偉希望這些小碎片要么用來制造新型塑料，要么安全地溶解在環境中。
“這項策略最適用于需要在數天至數月內可控降解的塑料，因此我們看好其在食品包裝等短期消費品領域的應用潛力。”顧玉偉表示，“目前該技術尚不適合需要穩定數十年才降解的塑料，例如建筑材料或長期使用的結構部件。”
但在這類塑料實現商業化之前，仍有若干問題需要解決。首先，塑料解構后產生的液體由聚合物鏈片段組成，需通過進一步測試以確保這種混合物無毒，可安全釋放到自然環境中。其次，目前該材料的解構過程需要紫外線觸發，因此，在團隊研發出可在黑暗環境中分解的材料之前，任何被掩埋或覆蓋的塑料仍將在環境中幾乎永久存留。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41557-025-02007-3
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