Исследователи представят свои результаты сегодня на весеннем заседании Американского химического общества (ACS).
«В случае успешной разработки полиуретан на основе рыбьего жира может помочь удовлетворить огромную потребность в более экологически чистых пластиках», – говорит Франческа Кертон, доктор философии.D., главный исследователь проекта. «Важно, чтобы мы начали разработку пластмасс с планом по окончанию срока службы, будь то химическая деградация, которая превращает материал в углекислый газ и воду, или переработка и перепрофилирование."
Чтобы создать новый материал, команда Кертона начала с масла, полученного из останков атлантического лосося после того, как рыба была подготовлена для продажи потребителям. «Мне интересно, как мы можем сделать что-то полезное, что-то, что могло бы даже изменить способ производства пластмасс, из мусора, который люди просто выбрасывают», – говорит Михейли Уиллер, аспирантка, которая представляет свою работу на собрании.
И Кертон, и Уиллер находятся в Мемориальном университете Ньюфаундленда (Канада).
Традиционный метод производства полиуретанов представляет ряд проблем, связанных с окружающей средой и безопасностью.
Для этого требуется сырая нефть, невозобновляемый ресурс, и фосген, бесцветный и высокотоксичный газ. В результате синтеза образуются изоцианаты, сильнодействующие раздражители дыхательных путей, а конечный продукт с трудом разрушается в окружающей среде.
Ограниченное биоразложение, которое действительно происходит, может высвобождать канцерогенные соединения. Между тем, спрос на более экологичные альтернативы растет. Ранее другие разработали новые полиуретаны с использованием масел растительного происхождения для замены нефти. Однако у них тоже есть недостаток: для выращивания масла, часто для соевых бобов, требуется земля, которую в противном случае можно было бы использовать для выращивания продуктов питания.
Остатки рыбы показались Кертону многообещающей альтернативой. Разведение лосося – основная отрасль для прибрежного Ньюфаундленда, где расположен ее университет.
После обработки рыбы остатки часто выбрасываются, но иногда из них извлекается масло. Кертон и ее коллеги разработали процесс превращения этого рыбьего жира в полиуретановый полимер.
Во-первых, они добавляют кислород к ненасыщенному маслу контролируемым образом с образованием эпоксидов, молекул, подобных молекулам эпоксидной смолы. После реакции этих эпоксидов с диоксидом углерода они связывают полученные молекулы вместе с азотсодержащими аминами с образованием нового материала.
Но пахнет ли пластик подозрительно?? «Когда мы начинаем процесс с рыбьим жиром, появляется слабый запах рыбы, но по мере прохождения шагов этот запах исчезает», – говорит Кертон.
Кертон и ее команда описали этот метод в статье в августе прошлого года, и с тех пор Уиллер дорабатывает его. Недавно она добилась определенного успеха, заменив амин на аминокислоты, что упростило химический процесс.
И хотя амин, который они использовали ранее, должен был быть получен из скорлупы орехов кешью, аминокислоты уже существуют в природе. Предварительные результаты Уиллера предполагают, что гистидин и аспарагин могут заменять амин, связывая вместе компоненты полимера.
В других экспериментах они начали изучать, насколько легко новый материал, вероятно, сломается по истечении срока его полезного использования.
Уиллер замочила его кусочки в воде и, чтобы ускорить разложение некоторых кусочков, добавила липазу, фермент, способный расщеплять жиры, подобные тем, что содержатся в рыбьем жире. Позже она увидела под микроскопом рост микробов на всех образцах, даже на тех, которые были в простой воде, что является обнадеживающим признаком того, что новый материал может легко разлагаться, говорит Уиллер.
Кертон и Уиллер планируют продолжить тестирование эффектов использования аминокислот в синтезе и изучение того, насколько материал податлив для роста микробов, которые могут ускорить его разрушение. Они также намерены изучить его физические свойства, чтобы увидеть, как он потенциально может быть использован в реальных приложениях, таких как упаковка или волокна для одежды.