Oleh: Nageswary a/p S. Loganathan
Suntingan: Shahrul Kadri Ayop
Penambahan kumpulan berfungsi seperti keton pada rantaian polietilena lengai mengekalkan struktur hablurnya dan berpotensi mengurangkan pencemaran alam sekitar.
Nageswary a/p S Loganathan ialah pensyarah Fizik di Kolej Matrikulasi Perak dan sedang melanjutkan pengajian Sarjana Pendidikan Fizik di Universiti Pendidikan Sultan Idris. Makalah ini diolah daripada Lopatka, A. (2021). “Making plastic more degradable.” Physics Today, pp. 1104a (Doi: 10.1063/PT.6.1.20211104a)
Kehidupan manusia moden dan plastik bagai tidak dapat dipisahkan kerana kebergantungan masyarakat kepada penggunaan plastik dalam kehidupan harian. Plastik boleh dijumpai di dalam kenderaan, permainan kanak-kanak, bekas penyediaan makanan, pembungkusan, komputer, telefon bimbit, alat-alat perubatan dan banyak lagi. Umumnya, plastik boleh dijumpai di mana-mana sahaja kerana kosnya yang murah. Plastik memiliki kelebihan tersendiri dari segi daya ketahanan seperti tahan kebocoran, tahan panas atau sejuk, mudah dibentuk dan lebih ringan berbanding logam. Walaupun kos pengeluarannya rendah, pembuatannya mudah dan mempunyai sifat mekanik yang berguna, namun plastik merupakan satu masalah besar kepada alam sekitar.
Pembuangan plastik yang tidak terkawal menyebabkan pencemaran alam sekitar yang serius. Plastik dihasilkan daripada sebatian tak organik atau sebatian sintetik seperti petroleum dan tidak dapat diuraikan oleh bakteria secara semula jadi. Oleh itu, plastik memerlukan tapak pelupusan yang amat besar bagi proses penguraiannya. Pembuangan sampah dengan tidak berhemah ke dalam longkang dan sungai menyebabkan sistem saliran tersumbat serta boleh mengakibatkan banjir berlaku [1],[2]. Bukan itu sahaja, kematian haiwan juga turut meningkat kerana tertelan atau terjerat dalam plastik lalu mengakibatkan perubahan pada rantaian makanan, lihat Rajah 2 [4]. Di samping itu, plastik yang terurai menjadi mikroplastik atau nanoplastik. Plastik menjadi pembunuh senyap apabila ia masuk sebagai mikroplastik ke dalam sistem tubuh manusia yang gemar menikmati hidangan hidupan laut dan ini akan memudaratkan kesihatan manusia [5],[6].
Polietilena, iaitu sejenis plastik yang dijumpai paling banyak digunakan, didapati mencemarkan alam sekitar dalam pelbagai cara dan mengambil masa beratus-ratus tahun untuk terurai. Contoh masalah yang disebabkannya dilaporkan dalam makalah “It takes a global village to track plastic waste,”(Satu dunia diperlukan untuk menjejaki sisa plastik), Physics Today, 7-Mei-2021.
Plastik yang biasanya wujud dalam bentuk pepejal adalah sejenis polimer. Polimer ialah rantaian molekul yang terbentuk daripada gabungan unit ulangan kecil yang dikenali sebagai monomer. Polimer terbahagi kepada dua jenis iaitu polimer semula jadi dan polimer sintetik. Polimer semula jadi diperolehi daripada hidupan seperti tumbuhan dan haiwan. Contoh polimer semula jadi ialah, getah, kanji dan protein. Polimer sintetik pula adalah polimer buatan manusia yang dihasilkan daripada bahan kimia melalui proses pempolimeran. Contoh polimer sintetik ialah polietilena (PE), polivinil klorida(PVC), polipropilena (PP) dan polistrina (PP) yang terhasil daripada petroleum serta kombinasi bahan kimia lain yang mungkin bertoksik. Pempolimeran adalah proses tindak balas kimia di mana molekul-molekul monomer yang sama bergabung membentuk rantai polimer. Berbeza dengan pempolimeran, kopempolimeran pula adalah proses penggabungan monomer yang berlainan jenis.
Polietilena boleh dihasilkan melalui pempolimeran monomer-monomer etilena dengan menggunakan mangkin sebatian logam peralihan. Pengkopolimeran monomer etilena dengan karbon monoksida (CO) pula dapat memuatkan kumpulan berfungsi keton ke dalam rantaian polimer dengan susunan berselang-seli. Keton ialah molekul dengan ikatan berganda karbon dan oksigen (C=O). Hasilnya, polimer baru ini mempunyai takat lebur yang tinggi dan sifat yang berbeza sama sekali berbanding polietilena.
Maximilian Baur, Stefan Mecking, dan rakan kajian mereka di Universiti Konstanz, Jerman telah mengubahsuai proses pengkopolimeran dengan menggunakan pemangkin berasaskan nikel (Ni). Pengubahsuaian ini membolehkan susunan tak berselang-seli kumpulan keton dalam rantaian polietilena. Penyusunan ini mengekalkan struktur kimia dan sifat mekanik polietilena, tetapi membolehkan bahan tersebut terurai dalam persekitaran biasa apabila terdedah kepada cahaya matahari.
Pemangkin yang dipertimbangkan untuk proses pengkopolimeran tersebut adalah yang berasaskan logam dengan lapan elektron dalam orbital d. Kajian percubaan terdahulu menunjukkan bahawa pemangkin logam dengan konfigurasi elektron tersebut dapat bertindak balas dengan baik bersama CO dalam tindak balas pempolimeran yang lain. Walaubagaimanpun, terdapat laporan kajian yang menunjukkan pemangkin berasaskan palladium (Pd)tidak membuahkan hasil yang diingini dalam pengkopolimeran CO-polietelina. Pd dan Ni terletak dalam kumpulan yang sama dalam jadual perkalaan unsur). Dapatan tersebut menjadi asas mengapa Baur dan rakan-rakannya memutuskan untuk meneruskan kajian dengan pemangkin berasaskan Ni.
Baur bersama Tobias Morgen telah menjalankan ujikaji dengan menggunakan campuran etilena dan karbon monoksida yang berbeza kepekatan. Mereka mendapati berlebihan CO akan menghalang koordinasi tapak, membataskan penghasilan polimer dan cenderung menghasilkan struktur berselang seli. Kekurangan CO pula akan mengakibatkan rantaian keras yang tidak diingini. Di samping itu, suhu tindak balas juga perlu dikekalkan melebihi 70°C untuk menghasilkan susunan dalam rantaian polimer yang tak berselang-seli.
Nisbah etilena kepada CO pada kira-kira 100:1 membentuk rantaian polietilena yang mempunyai struktur dengan pecahan sesuai keton tak berselang seli dengan pengekalan kekuatan tegangan polietilena. Dalam ujikaji penyinaran jangka pendek, sampel filem plastik tersebut menjadi rapuh dan hancur kepada kepingan yang lebih kecil setelah dedahan kepada sinaran cahaya yang bersamaan dengan lima bulan cahaya matahari semula jadi.
Menjadikan kepingan plastik yang besar kepada yang lebih kecil tidaklah menyelesaikan masalah pencemaran dengan segera. Namun, segmen rantaian polietilena yang tersisa selepas proses penguraian mungkin mempunyai saiz yang lebih kecil untuk mereput sepenuhnya melalui pemineralan, iaitu proses geokimia semula jadi. (M. Baur et al., Science 374, 604, 2021.)
Plastik mudah teruraikan dapat mengurangkan masa pereputan plastik dan mesra alam. Namun, pencemaran alam sekitar tidak dapat diatasi sekiranya penggunaan plastik terus berleluasa dan kaedah pelupusannya tidak dikawal selia dengan baik. Semoga suatu hari nanti hampir semua plastik yang digunakan boleh terbiourai dengan mudah dan cepat.
RUJUKAN
[1] M. HASHIM, “Tabiat buang sampah berulang sumbang banjir teruk”, Utusan Digital, 2021. [Web capaian pada 26-Jan-2022].
[2] N. ABDUL MANAN, “Hujan lebat, sampah punca banjir di Taman Seri Muda”, Sinarharian, 2019. [Web capaian pada 26-Jan-2022].
[3] H. Abdul Rahman, “Plastik kini ancaman besar”, Sinarharian, 2021. [Web capaian pada 26-Jan-2022].
[4] M. Kader, “Menangani pencemaran plastik di Malaysia”, MalaysiaNow, 2021. [Web capaian pada 26-Jan-2022].
[5] L. PARKER, “Plastic pollution facts and information”, National Geographic, 2019. [Web capaian pada 26-Jan-2022].
[6] N. Mat Hayin, “Bahaya plastik terhadap kehidupan | Harian Metro”, Harian Metro. [Web capaian pada 26-Jan-2022].
[7] M. Sulaiman, “Copolymers: Classification, Applications and Examples”, Collegedunia, 2021. [Web capaian pada 26-Jan-2022].
DAFTAR ISTILAH
Plastik – Plastic
Polietilena – Polyethylene
Boleh terurai – Degradable
Pemineralan – Mineralisation
Polimer – Polymer
Kopolimer – Copolymer
Pempolimeran – Polymerisation
Pengkopolimeran – Copolymerisation
Homopolimer – Homopolymer
Pencemaran – Pollution
