Rendering artistik dari plastik baru. Jembatan garam yang saling terhubung terlihat pada plastik di luar air laut memberikan struktur dan kekuatan. Di air laut (dan di tanah, tidak digambarkan), penggaraman ulang menghancurkan jembatan, mencegah pembentukan mikroplastik dan memungkinkan plastik menjadi mudah terurai secara hayati. (Kredit: RIKEN)
SAITAMA, Jepang — Di dunia yang dipenuhi sampah plastik, para ilmuwan telah mencapai apa yang dulunya tampak mustahil: mereka telah menciptakan plastik yang sekuat bahan konvensional namun larut sepenuhnya dalam air laut. Bahan revolusioner ini, yang dikembangkan oleh para peneliti di RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS), dapat membantu memecahkan salah satu tantangan lingkungan hidup yang paling mendesak di planet kita – yaitu akumulasi mikroplastik di lautan kita.
Plastik baru ini bukan sekadar bahan biodegradable yang terurai menjadi potongan-potongan kecil. Sebaliknya, ia terurai sepenuhnya menjadi bahan penyusunnya ketika terkena air asin, meninggalkan komponen yang dapat dimetabolisme oleh bakteri laut. Anggap saja seperti gula batu yang canggih – meskipun plastik biasa mungkin seperti batu yang hanya pecah menjadi batu-batu kecil, bahan baru ini larut seperti gula dalam air, dan tidak meninggalkan bahan berbahaya apa pun.
Apa yang membuat penemuan ini sangat menarik adalah bahwa plastik baru ini tidak mengorbankan kekuatan demi keberlanjutan. Tim peneliti menciptakan bahan yang sebenarnya lebih kuat dari plastik konvensional, dan beberapa versi bahkan lebih keras dari resin epoksi tradisional. Bahan ini bening, tahan lama, dan dapat dibentuk kembali dengan panas seperti termoplastik biasa. Salah satu versinya bahkan terbukti tahan api, sehingga menambah nilai praktis.
“Sementara sifat reversibel dari ikatan dalam plastik supramolekul dianggap membuatnya lemah dan tidak stabil,” kata ketua peneliti Takuzo Aida dalam sebuah pernyataan. “Materi baru kami justru sebaliknya.”
Menurut jurnal Sainsrahasia di balik bahan luar biasa ini terletak pada sifat kimianya yang unik. Tidak seperti plastik tradisional yang disatukan oleh ikatan kimia kuat yang tidak pernah terpecah secara alami, plastik baru ini dibuat menggunakan apa yang oleh para ilmuwan disebut sebagai “jembatan garam” – senyawa reversibel yang dapat dipecah oleh air garam. Bayangkan sekumpulan balok LEGO canggih yang tetap terhubung erat hingga terkena pemicu tertentu yang membuatnya terpisah dengan rapi.
Para peneliti menggunakan dua bahan utama: senyawa fosfat berbentuk cincin (natrium heksametafosfat) yang sudah umum digunakan dalam bahan tambahan makanan dan pengolahan tanah, dan berbagai senyawa berbasis guanidinium, beberapa berasal dari sumber alami. Ketika dicampur dalam air, komponen-komponen ini mengalami proses menarik yang disebut pemisahan fase cair-cair – serupa dengan pemisahan minyak dan air, namun lebih kompleks.
Proses pemisahan ini sangat penting untuk keberhasilan material. Selama pembuatan, komponen garam yang tidak diinginkan dikeluarkan secara alami, meninggalkan cairan pekat yang dapat dikeringkan menjadi plastik padat. Bahan yang dihasilkan stabil dalam air biasa namun hancur ketika terkena air garam, karena garam mengganggu jembatan yang menyatukan struktur.
Tim tersebut menunjukkan potensi praktis plastik dalam beberapa cara. Mereka menciptakan segalanya mulai dari film tipis hingga objek cetakan tiga dimensi. Mereka bahkan menunjukkan bagaimana bahan tersebut dapat digunakan sebagai perekat yang kuat di bawah air. Jika mereka ingin membuat plastik lebih tahan terhadap air, mereka cukup menambahkan lapisan pelindung tipis yang memungkinkan bahan tersebut mempertahankan bentuknya saat terendam.
Mungkin yang paling mengesankan, para peneliti mengembangkan versi menggunakan kondroitin sulfat, polisakarida alami yang biasa ditemukan di tulang rawan. Varian ini terbukti lebih kuat dibandingkan versi aslinya, menunjukkan bahwa plastik ramah lingkungan dapat dibuat dari bahan biologis tanpa mengurangi kinerjanya.
Dalam uji ketahanan, plastik menunjukkan hasil yang mengesankan. Plastik ini tetap stabil pada suhu hingga sekitar 300°C (572°F) dan menunjukkan karakteristik kekuatan yang menyamai atau melampaui banyak plastik konvensional. Namun ketika terkena kondisi tanah, plastik tersebut terdegradasi jauh lebih cepat dibandingkan plastik tradisional yang dapat terbiodegradasi seperti asam polilaktat (PLA).
Bahan ini juga menawarkan solusi sempurna untuk daur ulang. Ketika direndam dalam air garam, ia terurai menjadi komponen aslinya, yang dapat dengan mudah dipisahkan dan digunakan kembali untuk membuat plastik baru. Hal ini menciptakan ekonomi sirkular dimana tidak ada yang terbuang sia-sia.
Sama seperti penciptaan produk plastik yang dapat larut, implikasi dari penelitian ini sangat jelas: kita pada akhirnya mungkin memiliki jalan menuju produk plastik yang dapat memenuhi tujuannya tanpa meninggalkan bekas permanen di planet kita. Ini adalah solusi yang, seperti halnya material itu sendiri, akan hilang secara elegan ketika tugasnya selesai.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti menciptakan plastik berkelanjutan melalui proses berbasis air yang menggabungkan dua jenis senyawa ionik. Mereka mencampurkan larutan natrium heksametafosfat dengan berbagai senyawa berbasis guanidinium, yang mengalami pemisahan fase cair-cair.
Proses pemisahan alami ini mengeluarkan garam yang tidak diinginkan dan menciptakan fase pekat yang dapat dikeringkan menjadi plastik padat. Mereka menguji berbagai variasi senyawa guanidinium dan juga membuat versi menggunakan kondroitin sulfat sebagai komponen anionik. Bahan-bahan tersebut menjalani pengujian fisik ekstensif, termasuk pengukuran kekuatan mekanik, analisis termal, dan studi degradasi.
Hasil Utama
Plastik yang dibuat menunjukkan sifat luar biasa: kepadatan sekitar 1,6 g/cm³, transparansi optik tinggi (97%), dan kekuatan mekanik yang mengesankan dengan modulus Young berkisar antara 8,7 hingga 18,0 GPa. Bahan tersebut menunjukkan stabilitas termal hingga sekitar 300°C dan dapat dibentuk kembali di atas suhu transisi gelasnya.
Ketika terkena air asin, mereka terurai seluruhnya menjadi bagian-bagian komponennya, yang dapat diperoleh kembali dengan hasil di atas 80%. Versi kondroitin sulfat menunjukkan kekuatan tarik yang lebih tinggi, mencapai hingga 94 MPa.
Keterbatasan Studi
Bahan-bahan tersebut menunjukkan kepekaan terhadap air, khususnya air asin, yang meskipun bermanfaat bagi degradasi lingkungan, namun dapat membatasi beberapa penerapannya. Para peneliti mengatasi hal ini dengan menggunakan lapisan pelindung seperti parylene C. Penelitian ini tidak mencakup pengujian ketahanan jangka panjang dalam berbagai kondisi lingkungan, dan pertimbangan peningkatan skala manufaktur belum sepenuhnya dieksplorasi. Kelangsungan ekonomi produksi skala besar tidak dibahas secara rinci.
Diskusi & Kesimpulan
Penelitian ini menunjukkan pendekatan baru untuk menciptakan plastik berkelanjutan yang menggabungkan daya tahan praktis dengan kemampuan terurai oleh lingkungan. Kemampuan bahan-bahan tersebut untuk terurai sepenuhnya dalam air asin, bukan hanya terfragmentasi menjadi mikroplastik, menunjukkan kemajuan yang signifikan dalam mengatasi polusi plastik laut. Keberhasilan penggabungan bahan biologis seperti kondroitin sulfat menunjukkan potensi pengembangan lebih lanjut dengan menggunakan polimer alami lainnya. Kemampuan pembentukan kembali termal dan kemampuan daur ulang bahan ini menawarkan keuntungan praktis untuk produksi dan penanganan di akhir masa pakainya.
Pendanaan & Pengungkapan
Penelitian ini didukung oleh JSPS Grant-in-Aid for Specially Promoted Research dan Proyek Kolaborasi Kemitraan Strategis RIKEN dengan Universitas Teknologi Eindhoven. Beberapa penulis adalah penemu permohonan paten terkait dengan karya ini. Penelitian ini mendapat dukungan tambahan dari Kao Corporation dan berbagai beasiswa penelitian. Para penulis menyatakan tidak ada kepentingan lain yang bersaing.
