塑膠污染一直以來都難以快速解決，即使是所謂的可生物降解塑膠，通常也會在環境中長時間存在，最終分解成微塑膠，進而擴散至生態系統和生物體內。現在，日本的研究人員宣稱他們已經開發出一種植物基塑膠，能夠避開這一問題。這種材料在使用過程中保持強度，但在自然環境中能迅速分解，且不留下微觀殘留物。這項研究由RIKEN新興物質科學中心的Takuzo Aida領導，團隊在新研究中描述了一種由纖維素製成的塑膠，這是地球上最豐富的有機化合物。該材料結合了耐用性、靈活性及快速分解的特性，使可生物降解塑膠更接近實用現實。
微塑膠已經成為全球污染物，科學家已在海洋、土壤、野生生物和農作物中檢測到它們。研究還發現微塑膠存在於人體組織和血液中，可能造成健康危害。許多可生物降解塑膠未能有效解決這一問題，因為它們在海水中分解緩慢，或者在完全降解之前就破碎成微塑膠。雖然已有基於纖維素的塑膠存在，但大多數在海洋環境中無法快速分解，另一些則需要工業堆肥條件。Aida及其團隊的目標是設計一種能自然對海水反應的塑膠，而不需要複雜的處理。
去年，該團隊報告了一種在鹽水中幾小時內溶解的超分子塑膠。那種材料依賴於兩種聚合物之間的可逆鍵結，但早期版本缺乏足夠的機械強度和可製造性。新的塑膠在此概念上進行了改進。其一種聚合物來源於羧甲基纖維素，這是一種木漿衍生物，已獲得FDA認可並可生物降解。第二組分則較難確定，經過大量測試後，團隊選擇了一種由帶正電的聚乙烯亞胺胍離子製成的安全交聯劑。
當在常溫水中混合時，帶負電的纖維素和帶正電的離子相互吸引，形成交聯網絡，賦予塑膠其強度。在鹽水中，這些鹽橋會斷裂，觸發分解。為了防止意外分解，製造商可以施加一層薄薄的保護表面塗層。早期版本的塑膠則存在脆性問題，這種材料外觀清晰、無色且極為堅硬，但容易破裂。研究人員通過添加增塑劑來解決這一問題，經過多次測試，他們發現氯化膽鹼這種獲得FDA認可的食品添加劑效果最佳。調整氯化膽鹼的用量，團隊能夠微調塑膠的靈活性。
這種塑膠可以保持剛性，並呈現玻璃狀，或伸展至原長度的130%。它還可以形成厚度僅為0.07毫米的強透明薄膜。這些改進標誌著從理論到應用的轉變。Aida解釋道，雖然我們最初的研究主要集中在概念上，但這項研究顯示我們的工作已進入更實際的階段。這種新材料稱為CMCSP，其強度與石油基塑膠相當，且在不犧牲透明度、可加工性、海水分解性或可回收性的情況下，仍可進行屬性調整。
團隊也強調了可擴展性。Aida表示，自然每年生產約一兆噸的纖維素，從這種豐富的自然物質中，我們創造了一種靈活但堅韌的塑膠材料，能在海洋中安全降解。如果被廣泛採用，這種方法可能會從源頭減少塑膠污染，防止其碎裂成無形的全球性問題。該研究已發表於《美國化學學會期刊》。
