Bye-bye les microplastiques : un nouveau plastique recyclable et entièrement dégradable dans l'océan
"Avec ce nouveau matériau, nous avons créé une nouvelle famille de plastiques qui sont solides, stables, recyclables, peuvent remplir de multiples fonctions et, surtout, ne génèrent pas de microplastiques"
Des chercheurs dirigés par Takuzo Aida au RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) ont mis au point un nouveau plastique durable qui ne polluera pas nos océans. Le nouveau matériau est aussi résistant que les Plastiques conventionnels et biodégradable, mais sa particularité est qu'il se décompose dans l'eau de mer. Le nouveau plastique devrait donc contribuer à réduire la pollution microplastique nocive qui s'accumule dans les océans et les sols et finit par entrer dans la chaîne alimentaire. Les résultats de l'expérience ont été publiés le 22 novembre dans la revue Science.
Représentation artistique du nouveau plastique. Les ponts salins réticulés visibles dans le plastique en dehors de l'eau de mer lui confèrent sa structure et sa résistance. Dans l'eau de mer (et dans le sol, non représenté), le resalage détruit les ponts, empêchant la formation de microplastiques et permettant au plastique de devenir biodégradable.
RIKEN
Les scientifiques ont tenté de mettre au point des matériaux sûrs et durables susceptibles de remplacer les plastiques traditionnels, qui ne sont pas durables et nuisent à l'environnement. Bien qu'il existe des plastiques recyclables et biodégradables, un problème majeur subsiste. Les plastiques biodégradables actuels, comme le PLA, se retrouvent souvent dans l'océan, où ils ne peuvent pas être dégradés parce qu'ils sont insolubles dans l'eau. Par conséquent, les microplastiques - des morceaux de plastique de moins de 5 mm - nuisent à la vie aquatique et se retrouvent dans la chaîne alimentaire, y compris dans notre propre corps.
Dans leur nouvelle étude, Aida et son équipe ont cherché à résoudre ce problème avec des plastiques supramoléculaires, c'est-à-dire des polymères dont les structures sont maintenues ensemble par des interactions réversibles. Les nouveaux plastiques ont été fabriqués en combinant deux monomères ioniques qui forment des ponts salins réticulés, ce qui leur confère résistance et flexibilité. Dans les tests initiaux, l'un des monomères était un additif alimentaire courant appelé hexamétaphosphate de sodium et l'autre était l'un des nombreux monomères à base d'ions guanidinium. Les deux monomères peuvent être métabolisés par les bactéries, ce qui garantit la biodégradabilité une fois que le plastique est dissous dans ses composants.
"Alors que l'on pensait que la nature réversible des liaisons dans les plastiques supramoléculaires les rendait faibles et instables", explique Aida, "nos nouveaux matériaux sont tout le contraire". Dans le nouveau matériau, la structure des ponts salins est irréversible à moins d'être exposée à des électrolytes comme ceux que l'on trouve dans l'eau de mer. La principale découverte a été de savoir comment créer ces liaisons transversales sélectivement irréversibles.
Comme pour l'huile dans l'eau, après avoir mélangé les deux monomères dans l'eau, les chercheurs ont observé deux liquides séparés. L'un était épais et visqueux et contenait les ponts salins structurels importants, tandis que l'autre était aqueux et contenait des ions salins. Par exemple, lorsque l'hexamétaphosphate de sodium et le sulfate d'alkyl diguanidinium ont été utilisés, le sel de sulfate de sodium a été expulsé dans la couche aqueuse. Le plastique final, l'alkyl SP₂, a été fabriqué en séchant ce qui restait dans l'épaisse couche liquide visqueuse.
Le "dessalage" s'est avéré être l'étape critique ; sans cette étape, le matériau séché obtenu était un cristal cassant, impropre à l'utilisation. Le resalage du plastique en le plaçant dans de l'eau salée a inversé les interactions et la structure du plastique s'est déstabilisée en quelques heures. Après avoir créé un plastique solide et durable qui peut encore être dissous dans certaines conditions, les chercheurs ont testé la qualité du plastique.
Les nouveaux plastiques sont non toxiques et ininflammables - ce qui signifie qu'ils n'émettent pas de CO2 - et peuvent être remodelés à des températures supérieures à 120 °C, comme les autres thermoplastiques. En testant différents types de sulfates de guanidinium, l'équipe a pu générer des plastiques dont la dureté et la résistance à la traction variaient, mais qui étaient tous comparables ou supérieurs aux plastiques conventionnels. Cela signifie que le nouveau type de plastique peut être personnalisé en fonction des besoins ; il est possible de produire des plastiques durs résistants aux rayures, des plastiques ressemblant à des silicones en caoutchouc, des plastiques solides supportant le poids ou des plastiques flexibles à faible résistance à la traction. Les chercheurs ont également créé des plastiques dégradables dans l'océan en utilisant des polysaccharides qui forment des ponts salins réticulés avec des monomères de guanidinium. Ces plastiques peuvent être utilisés dans l'impression 3D ainsi que dans des applications médicales ou liées à la santé.
Enfin, les chercheurs ont étudié la recyclabilité et la biodégradabilité du nouveau plastique. Après avoir dissous le nouveau plastique initial dans de l'eau salée, ils ont pu récupérer 91 % de l'hexamétaphosphate et 82 % du guanidinium sous forme de poudres, ce qui indique que le recyclage est facile et efficace. Dans le sol, les feuilles du nouveau plastique se sont complètement dégradées en l'espace de 10 jours, fournissant au sol du phosphore et de l'azote comme un engrais.
"Avec ce nouveau matériau, nous avons créé une nouvelle famille de plastiques qui sont solides, stables, recyclables, qui peuvent avoir de multiples fonctions et, surtout, qui ne génèrent pas de microplastiques", déclare Aida.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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