Un Nuovo Polimero Durevole e Smaltibile in Ambiente Marino
Contesto Globale della Plastica
Ogni anno vengono prodotti oltre 380 milioni di tonnellate di materie plastiche a livello mondiale, la maggior parte delle quali deriva da polimeri difficili da degradare come polietilene tereftalato (PET) o polipropilene (PP). Aziende del settore chimico–farmaceutico, tra cui BASF, Dow e NatureWorks, hanno sviluppato soluzioni come il PLA (acido polilattico), ma questi materiali non si disgregano nell’acqua di mare e favoriscono la formazione di microplastiche, frammenti inferiori a 5 mm che si accumulano negli ecosistemi acquatici e nel terreno, entrando infine nella catena alimentare umana e animale.
Il Progetto di RIKEN CEMS
Un team guidato da Takuzo Aida presso il RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) ha realizzato un nuovo polimero che coniuga la robustezza dei termoplastici tradizionali con la capacità di degradarsi in acqua marina. Lo studio, pubblicato sulla rivista Science, descrive un processo di sintesi basato su strutture supramolecolari e legami a ponte salino, progettati per mantenere l’integrità del materiale in condizioni ordinarie e per disattivarsi in presenza di sali disciolti.
Principio di Sintesi e Proprietà Meccaniche
Il polimero nasce dall’unione di due monomeri ionici: il fosfato di sodio esametafosfato, noto come additivo alimentare, e un composto a base di ioni guanidinio. Durante la fase di miscelazione in acqua, si genera una separazione in due strati: uno viscoso, ricco di legami salini che conferiscono resistenza e flessibilità, e uno acquoso, carico di ioni residui. Successivamente, il materiale viscoso viene “disalato” per stabilizzare i collegamenti, ottenendo un polimero traslucido e resistente a trazione elevata.
A temperature superiori a 120 °C si può rimodellare come un comune termoplastico, senza emissione di CO₂ né rischi di infiammabilità. Variando la struttura degli ioni guanidinio, il team ha messo a punto versioni con diverse durezze, da polimeri elastomerici a materiali rigidi e resistenti ai graffi, tutti comparabili o superiori ai convenzionali PP e PET.
Degradazione in Ambiente Marino e nel Suolo
La caratteristica distintiva risiede nella capacità del polimero di sciogliersi in acqua salata. Immergendo un campione in soluzione salina, il ponte salino si “riforma” a contatto con gli elettroliti, causando la rapida disgregazione del materiale entro poche ore e impedendo la formazione di microplastiche. Dopo la dissoluzione, i monomeri tornano disponibili per la biodegradazione da parte di batteri, che li trasformano in nutrienti analoghi a fertilizzanti, restituendo fosforo e azoto al terreno.
Gli esperimenti sul degrado nel suolo hanno dimostrato una decomposizione completa in dieci giorni, con rilascio di sostanze assimilabili dalle piante. Dopo il trattamento con acqua marina, il recupero dei monomeri ha raggiunto il 91 % per il fosfato di sodio e l’82 % per il guanidinio, dimostrando un riciclo efficiente e a basso impatto.
Prospettive di Mercato e Collaborazioni Industriali
Oltre all’impiego in componenti autoportanti e imballaggi, questo polimero si presta alla stampa 3D e a dispositivi medicali monouso, ambiti di interesse per gruppi come Covestro e Arkema, da tempo alla ricerca di soluzioni biodegradabili ad alte prestazioni. Il potenziale per applicazioni nel settore agricolo, grazie al rilascio di nutrienti, apre la strada a partnership con aziende del comparto agrochimico.
Sviluppi Futuri
La ricerca di Aida si inserisce nelle strategie europee per la riduzione dei rifiuti plastici marine, volte a implementare materiali a ciclo chiuso e a minimizzare la dispersione di particelle nelle acque costiere. Progetti pilota sono allo studio in collaborazione con istituti marini e imprese del packaging per testare imballaggi di diversa tipologia, dall’usa e getta alle paratie per banchine portuali.
