Het gesmolten geëxtrudeerde polycaprolactonfilament (links) met RHP ingebedde lipase nanoclusters werd bijna volledig afgebroken tot kleine moleculen in 36 uur in warm water (ongeveer 40 ℃). Fotobron: physicists network
Biologisch afbreekbare kunststoffen zijn altijd beschouwd als een oplossing voor het probleem van plasticvervuiling, maar tegenwoordig zijn de meeste "composteerbare" plastic zakken voornamelijk gemaakt van polymelkzuur (PLA), dat niet wordt afgebroken in het composteringsproces en andere recyclebare kunststoffen zal vervuilen. Volgens het laatste onderzoek dat op 21 augustus in het tijdschrift Nature is gepubliceerd, hebben Amerikaanse wetenschappers echter een nieuw proces uitgevonden: door alleen hitte en water te gebruiken, kunnen deze composteerbare kunststoffen gemakkelijker worden afgebroken.
Eerder ontdekten Xu Ting, hoogleraar materiaalkunde en -techniek aan de University of California, Berkeley, en haar onderzoeksteam een enzym dat giftige organofosforchemicaliën kan afbreken. Ze ontwierpen ook een molecuul genaamd random heteropolymer of RHP, dat het enzym inkapselt en het voorzichtig kan binden zonder de natuurlijke taaiheid ervan te beperken om het enzym te beschermen tegen desintegratie. RHP bestaat uit vier soorten monomere subeenheden, die elk chemische eigenschappen hebben om te interacteren met chemische groepen op het oppervlak van een specifiek enzym. Ze worden afgebroken onder ultraviolet licht en zijn aanwezig in concentraties van minder dan % op basis van het gewicht van het plastic.
In deze studie gebruikte het onderzoeksteam een vergelijkbare technologie. Bij het maken van plastics wikkelden ze miljarden enzymen van nano-eetbaar polyester in RHP en plaatsten ze vervolgens in plastic harskorrels.
Er werd vastgesteld dat RHP-gecoat enzym de eigenschappen van plastics niet veranderde. Wanneer het wordt blootgesteld aan hitte en water, breekt het enzym los van het met polymeer gecoate materiaal en breekt het het plastic polymeer af. Plastic kan smelten bij ongeveer 170 graden Celsius en vezels extruderen zoals gewoon polyesterplastic. In het geval van PLA zal het enzym het reduceren tot melkzuur, dat de bodemmicro-organismen in de compost kan "voeden". Het polymeercoatingmateriaal zal ook afbreken.
Voor PLA gebruikten de onderzoekers een enzym genaamd protease K, dat PLA kauwt tot melkzuurmoleculen; voor PCL werd lipase gebruikt. Deze twee enzymen zijn goedkoop en gemakkelijk te verkrijgen.
Om de afbraak van plastics te initiëren, zijn alleen water en een kleine hoeveelheid warmte nodig. Bij kamertemperatuur werden 80% van de gemodificeerde PLA-vezels binnen één week volledig afgebroken. Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de afbraaksnelheid. Onder de omstandigheden van industriële compostering werd de gemodificeerde PLA binnen 6 dagen afgebroken bij 50 ℃. Een ander soort polyesterplastic PCL werd in twee dagen afgebroken onder de omstandigheden van industriële compostering bij 40 ℃.
Tot 98% van de kunststoffen die door dit proces worden geproduceerd, zullen afbreken tot kleine moleculen. En dit proces vermijdt de productie van microplastic.
De onderzoekers zeiden dat het gemodificeerde polyester niet zou afbreken bij lagere temperaturen of tijdens korte periodes van vochtigheid. Het kan worden afgebroken door het te weken in warm water, wat betekent dat het plastic thuis kan worden gecomposteerd（ Intern verslaggever (Zhang Jiaxin)
Bron: Science and Technology Daily
