超分子聚合物：可溶於海水的新型環保塑膠

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科技產業資訊室(iKnow) - 廖雅韻發表於 2025年4月2日

圖、超分子聚合物：可溶於海水的新型環保塑膠

在全球微塑膠污染日益嚴重的今天，日本理化學研究所(RIKEN)新興物質科學中心Takuzo Aida教授帶領的研究團隊，開發出一種兼具實用性和環保性的新型材料，一種強度可媲美傳統塑膠－超分子塑膠（Supramolecular plastics, SPs），在鹽水中能完全溶解成可被生物利用的成分，不會形成微塑膠，這項突破性研究已發表於Science期刊。

研究團隊經過大量篩選工作，發現六偏磷酸鈉（Sodium hexametaphosphate, SHMP）（一種常見食品添加劑）與胍離子基單體（Guanidinium ion-based monomers）（用於肥料和土壤改良劑的化學物質），能夠形成理想的超分子材料，當這兩種化合物在水中混合時，會透過液－液相分離（Liquid-liquid phase separation, LLPS）自動分層，並在底層形成黏稠物質，經過乾燥後可以製成塑膠，此非共價鍵合成反應在分子之間形成「鹽橋」（Salt bridges, SBs），SPs具有較弱的非共價鍵，使材料具備與傳統塑膠相似的堅固性和柔韌性，相比傳統塑膠以強共價鍵形成長鏈，需要大量能量才能斷裂，如傳統可生物降解塑膠聚乳酸（poly lactic acid, PLA）在海洋中降解緩慢，且往往仍會產生微塑膠，特別值得一提的是SPs獨特的降解方式，當浸入鹽水中時，電解質會解開分子間的SBs，使材料完全溶解為原始成分，而非像傳統可生物降解塑膠那樣留下難以降解的微塑膠。

SPs展現出多項優異特性，包括：機械強度與傳統塑膠相當、不易燃、無色透明、在鹽水中約8.5小時內完全溶解、可應用疏水塗層增強防水性能、塑膠溶解後留下的成分（氮和磷）可被植物和微生物利用。此外，為解決「過早降解」的潛在問題，研究團隊發現在材料表面應用疏水塗層可有效防止材料在不需要時分解，最後降解僅需輕輕刮去表面塗層讓鹽水滲入，材料就會像未塗層的薄片一樣快速溶解，能保持材料使用中的穩定性，又能在不需要時輕鬆分解。雖然這種材料分解後留下的氮和磷可為生態系統提供營養，但過量營養物質可能導致沿海地優養化現象，因此，理想的處理方式是在相關設施中使用海水大規模回收，回收原料再次生產SPs，形成完整的循環經濟鏈。

這項突破性研究成功融合了尖端材料科學與環境保護理念，所開發的可溶於海水的SPs技術，為全球塑膠污染危機提供了極具前景的創新解方，這種新型材料在使用階段展現出與傳統塑料相當的優異性能，而在生命週期結束後，能夠在鹽水環境中完全分解為對生態系統友好的營養成分，真正實現了功能性與永續性的完美平衡。(908字)

參考資料：
Plastic-like materials that dissolve in the sea. RIKEN，2025/03/27.
New plastic dissolves in the ocean overnight, leaving no microplastics. New Atlas，2025/03/27.
Cheng Y, et al.（2025）Mechanically strong yet metabolizable supramolecular plastics by desalting upon phase separation. Science. doi: 10.1126/science.ado1782.

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