新技术可设定塑料使用寿命，从数天、数月到数年不等
受DNA等天然聚合物启发，化学家设计出一种方法，可精确调控塑料的降解时间——从数天、数月到数年不等，从而让塑料在完成使命后自然分解，而非在环境中存留数百年造成污染。研究人员希望这项新技术能催生出完成功能后可安全自毁的塑料制品。相关论文近日发表于《自然-化学》。
全球每年丢弃数亿吨塑料。图片来源：Cavan Images/Alamy
2022年，全球被丢弃的塑料超过2.5亿吨，其中仅14%得到回收利用，其余均被焚烧或填埋。实用型可降解塑料的构想已存在至少35年，人们曾尝试用竹子、海藻等各种原材料制造这类塑料。但现实是，许多此类材料难以通过堆肥降解，且生产商常做出不切实际的承诺。
如今，美国罗格斯大学的顾玉伟（音）和同事正在研发一种可调控塑料寿命的技术，使塑料能在堆肥或自然环境中快速分解。
顾玉伟想知道，为什么DNA、RNA等天然长链聚合物能相对快速降解，而塑料等合成聚合物却难以实现？是否有方法能否复制天然聚合物的降解机制？
天然聚合物中含有一种名为“邻近基团”的化学结构，能促进解构过程。这种结构可引发称为“亲核攻击”的内部反应，从而切断聚合物链的化学键。这对普通塑料而言需要消耗大量能量。
顾玉伟团队仿照天然邻近基团创造出人工化学结构，并将其融入新型塑料的制造过程中。他们发现，由此制得的材料能轻松分解，且通过调整添加物的结构，可以精确调控材料在解构前保持完整的时间。
塑料分解后，长聚合物链会被转化成小分子碎片，顾玉伟希望这些小碎片要么用来制造新型塑料，要么安全地溶解在环境中。
“这项策略最适用于需要在数天至数月内可控降解的塑料，因此我们看好其在食品包装等短期消费品领域的应用潜力。”顾玉伟表示，“目前该技术尚不适合需要稳定数十年才降解的塑料，例如建筑材料或长期使用的结构部件。”
但在这类塑料实现商业化之前，仍有若干问题需要解决。首先，塑料解构后产生的液体由聚合物链片段组成，需通过进一步测试以确保这种混合物无毒，可安全释放到自然环境中。其次，目前该材料的解构过程需要紫外线触发，因此，在团队研发出可在黑暗环境中分解的材料之前，任何被掩埋或覆盖的塑料仍将在环境中几乎永久存留。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41557-025-02007-3
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