Científicos japoneses desarrollan un nuevo plástico reciclable y totalmente degradable en el mar

Los nuevos plásticos no son tóxicos ni inflamables y pueden remodelarse a temperaturas superiores a 120 °C como otros termoplásticos.

Investigadores de Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente (CEMS), en Japón, han desarrollado un nuevo plástico duradero que promete no contaminar los océanos. El nuevo material es tan resistente como los plásticos convencionales y biodegradable, pero lo que lo hace especial es que se descompone en el agua de mar. Se espera que el nuevo plástico ayude a reducir la contaminación que se acumula en océanos y suelos.

Los científicos han intentado desarrollar materiales seguros y sostenibles que puedan sustituir a los plásticos tradicionales. Aunque existen algunos plásticos reciclables y biodegradables, sigue habiendo un gran problema. Los plásticos biodegradables actuales, como el PLA, suelen acabar en el océano, donde no pueden degradarse porque son insolubles en agua. Como consecuencia, los microplásticos (trozos de plástico de menos de 5 mm) dañan la vida acuática y llegan a la cadena alimentaria, incluido nuestro propio cuerpo.

En su nuevo estudio, publicado en la revista Science, el investigador japonés Takuzo Aida y su equipo se centraron en resolver este problema con plásticos supramoleculares, polímeros cuyas estructuras se mantienen unidas mediante interacciones reversibles. Los nuevos plásticos se fabricaron combinando dos monómeros iónicos que forman puentes salinos reticulados, que aportan resistencia y flexibilidad. En las pruebas iniciales, uno de los monómeros era un aditivo alimentario común llamado hexametafosfato sódico, y el otro era cualquiera de varios monómeros basados en iones de guanidinio. Ambos monómeros pueden ser metabolizados por bacterias, lo que garantiza su biodegradabilidad una vez que el plástico se disuelve en sus componentes.

«Aunque se ha pensado que la naturaleza reversible de los enlaces en los plásticos supramoleculares los hace débiles e inestables -dice Aida-, nuestros nuevos materiales son todo lo contrario”. En el nuevo material, la estructura de puentes salinos es irreversible a menos que se exponga a electrolitos como los que se encuentran en el agua de mar. El descubrimiento clave fue cómo crear estos enlaces cruzados selectivamente irreversibles.

Como en el caso del aceite con agua, tras mezclar los dos monómeros en agua, los investigadores observaron dos líquidos separados. Uno era espeso y viscoso y contenía los puentes salinos estructurales entrecruzados, mientras que el otro era acuoso y contenía iones salinos. Por ejemplo, cuando se utilizaron hexametafosfato de sodio y sulfato de alquil diguanidinio, la sal de sulfato de sodio fue expulsada a la capa acuosa. El plástico final, alquil SP2, se fabricó secando lo que quedaba en la espesa capa líquida viscosa.

El «desalado» resultó ser el paso crítico; sin él, el material seco resultante era un cristal quebradizo, no apto para su uso. Al volver a desalar el plástico introduciéndolo en agua salada, las interacciones se invertían y la estructura del plástico se desestabilizaba en cuestión de horas. Una vez creado un plástico resistente y duradero que puede disolverse en determinadas condiciones, los investigadores comprobaron su calidad.

Los nuevos plásticos no son tóxicos ni inflamables -lo que significa que no emiten CO2- y pueden remodelarse a temperaturas superiores a 120 °C como otros termoplásticos. Probando distintos tipos de sulfatos de guanidinio, el equipo pudo generar plásticos con distintas durezas y resistencias a la tracción, todas ellas comparables o mejores que las de los plásticos convencionales. Esto significa que el nuevo tipo de plástico puede personalizarse según las necesidades: plásticos duros resistentes a los arañazos, plásticos similares a la silicona de caucho, plásticos resistentes al peso o plásticos flexibles de baja resistencia a la tracción. Los investigadores también crearon plásticos degradables en el océano utilizando polisacáridos que forman puentes salinos reticulados con monómeros de guanidinio. Este tipo de plásticos pueden utilizarse en impresión 3D y en aplicaciones médicas o sanitarias.

Por último, los investigadores estudiaron la reciclabilidad y biodegradabilidad del nuevo plástico. Tras disolver el nuevo plástico inicial en agua salada, pudieron recuperar el 91% del hexametafosfato y el 82% del guanidinio en forma de polvo, lo que indica que el reciclado es fácil y eficaz. En el suelo, las láminas del nuevo plástico se degradaron completamente en el transcurso de 10 días, suministrando al suelo fósforo y nitrógeno de forma similar a un fertilizante.

«Con este nuevo material, hemos creado una nueva familia de plásticos que son fuertes, estables, reciclables, pueden servir para múltiples funciones y, lo que es más importante, no generan microplásticos», afirma Aida.