Изследователи от Вагенинген (Нидерландия), съвместно с колеги от Амстердам и Китай, разработиха нова пластмаса на растителна основа, която се разгражда естествено. Материалът е също така по-здрав и по-устойчив на вода в сравнение със съществуващите биопластмаси. Изследователите публикуваха своите открития в списанието „Nature Communications".

Производството на пластмаса от растения не е новост. Но съчетаването на здравина, водоустойчивост и способността да се разгражда сравнително лесно в природата се оказа много по-трудно. Нидерландско-китайски изследователски екип вече е постигнал това с материал, който са нарекли „плантимери". Той е прозрачен, точно като конвенционалната пластмаса, и има дебелина, сравнима с тази на чанти за боклук за тежки отпадъци. За да разработят материала, изследователите се обърнаха към природата и се вдъхновиха от процеса, чрез който паяците изплитат коприна.

Структурните промени създават здравина

Екипът работи със зеин – протеин от царевица, който от десетилетия се използва като суровина за влакна и биопластмаси. За да създадат „плантимери", изследователите разтвориха протеина в смес от етанол и вода и го доведоха до преходна точка. Това доведе до образуването на гъста, вискозна протеинова фаза. Докторантът Иджие Уанг след това екструдира материала през малък отвор, и го разточи на тънки листове, като го остави да изсъхне. Тези процеси доведоха до получаването на влакна за текстил и пластмасово фолио.

„Най-забележителното нещо се случва по време на обработката", казва Ренко де Врийс, доцент по физична химия и мека материя. Процесът наподобява начина, по който паяците изтеглят коприна от телата си. Механичните сили, генерирани по време на екструдирането или разточването, променят структурата на веригите на протеина зеин. Те ги превръщат от пружиноподобни форми (алфа-спирали) в плоски структури (бета-листи). Те се преплитат и образуват кръстосани връзки, без да са необходими химически добавки. Резултатът е пластмаса, която е по-здрава от широко използваната пластмаса полиетилен (PE) и малко по-малко здрава от метала.

Де Врийс е изненадан, когато Уан успява да произведе материала. „Природата използва същата стратегия доста често", казва той. „Паяжината е най-известният пример, но подобни протеинови мрежи придават здравина и на лепилото на мидите, и на зъбците в прилепващите дискове на калмарите. Познавахме този механизъм само при животните. Не очаквах да постигнем същия ефект с растителен протеин."

Плантимерите създават ефективна бариера

Едно от основните предизвикателства при биопластмасите е постигането на добри водоустойчиви бариери, като същевременно се запази функционалността. „Плантимерите" може би предлагат решение: след един час под вода фолиото абсорбира 25 процента от собственото си тегло във вода. За сравнение, пластмасите на соева основа абсорбират около 175 процента. Конвенционалният PET все още се представя по-добре, като абсорбира не повече от 0,1 процента.

В същото време по-голямата част от материала се разгражда биологично в рамките на четири седмици, без да оставя микропластмаси след себе си. Де Врийс вижда възможности в селското стопанство, където биоразградимостта често е по-важна от максималната производителност. Изследователят от Университета в Утрехт Ваутер Пост, който е специалист по технологии за устойчиви пластмаси и не е участвал в проучването, също вижда по-широки приложения. „Тъй като тези пластмаси се разграждат биологично, те биха могли да се превърнат в интересна алтернатива за продукти за еднократна употреба като прибори за хранене, чинии и сламки, където европейските регламенти стават все по-строги през последните години," казва той.

От лабораторията към практическото приложение

Материалът все още е в ранен етап на развитие. Досега китайските изследователи са произвели около един квадратен метър фолио. Мащабирането на производството изглежда технически осъществимо, но набавянето на царевичен протеин остава предизвикателство. „Протеините са ценни и се конкурират с хранителните продукти и фуражите", казва Де Врийс. Ето защо екипът вече проучва алтернативни суровини, включително пера от сектора на домашните птици и отпадъчни потоци от производството на бира. Пост добавя, че ще са необходими по-нататъшни приложни изследвания, за да се превърнат както материалът, така и производственият процес в реални опаковъчни продукти.

Де Врийс признава, че биопластмасите все още не достигат характеристиките на конвенционалните пластмаси. „В сравнение с традиционните пластмаси биопластмасите все още са относително примитивни", казва той. „Но ние не искаме пластмасовите отпадъци да се натрупват в природата. Биопластмасите, които се разграждат естествено, предлагат обещаващо решение. Просто ще отнеме време и ще са необходими по-нататъшни изследвания."