全新途径实现PMMA塑料的几乎完全降解

来自 实验室仪器网

根据《科学》杂志发表的一项研究，理工学院的聚合物科学家发现了一种意想不到的方法，可以将PMMA塑料（也称为有机玻璃）几乎完全分解成其单体结构块。该过程不受添加剂的影响。

目前，塑料回收主要限于分类后的PET或聚乙烯饮料瓶，这些塑料的化学成分均匀，聚合物分子长度也相似。用于增强颜色、柔软度和耐晒性等品质的添加剂在这些材料中也相似。这种均匀性使塑料更容易回收并重新制成新瓶。

相比之下，混合塑料（类型、质量和添加剂各异的塑料）通常被焚烧以产生水泥厂的热量，因为回收它们要困难得多。

科学家团队开发出了一种解决这一挑战的方法。他们的技术可以将有机玻璃(PMMA)几乎完全分解成其单体结构块。通过添加添加剂，这些结构块可以通过蒸馏纯化为原始级起始材料，然后可用于生产新的有机玻璃聚合物。重要的是，该过程不受添加剂的影响。

其意义重大：有机玻璃（PMMA）是一种耐用且轻便的丙烯酸材料，全球年产量约为390万吨。它在航空航天、汽车和屏幕制造行业中的应用日益广泛。

ETH研究人员开发的这种方法非常可靠，适用于包含多达10,000个单体单元的聚合物链。即使使用DIY市场上的多色有机玻璃，该方法仍然有效，尽管存在共聚物、增塑剂和染料等添加剂，纯度仍可达94%至98%。

理工学院教授对这一过程的简单程度感到惊讶。有机玻璃聚合物与许多其他常见塑料（如聚乙烯或聚丙烯）一样，由碳原子聚合物链组成，这些链上带有各种侧基，侧基的分支取决于塑料的类型。

到目前为止，这些均质碳链对于有针对性的单体分离提出了巨大的挑战，因为它们缺乏特定的分裂点。

目前，热解是工业上唯一一种完全分解均质碳链的技术。该过程涉及在400°C左右对碳链进行热分解。然而，热解反应是非特异性的，会产生各种裂解产物。此外，热解的高能量需求和纯化所得混合物的成本大大降低了其经济效益。

多年来，不同的研究小组一直致力于通过在聚合物链末端添加易分离的分子基团来改性聚合物，从而使聚合物从链末端断裂。这种方法使研究人员能够实现90%以上的产率。

然而，这些改性聚合物具有明显的缺点。它们必须集成到现有的塑料生产工艺中，并且反应性端基严重限制了聚合物的热稳定性，从而降低了其潜在应用。此外，许多常用的塑料添加剂会干扰反应，限制解聚的有效性，即使对于商用塑料中发现的长聚合物链也是如此。

正如化学中常见的情况一样，这种方法是偶然发现的。我们实际上正在寻找能够促进目标分解成单体的特定催化剂。用于溶解破碎的有机玻璃样品的氯化溶剂在暴露于紫外线(UV)光时能够有效几乎完全分解聚合物。

研究人员仔细研究了分解反应，发现了一种意想不到的机制。他们发现，参与分解过程的关键粒子是氯自由基，当暴露在紫外线下时，氯自由基会脱离氯化溶剂。

令人惊讶的是，高波长的光能够破坏氯与溶剂分子之间的键。这是由于一个相对不为人知的光化学过程，其中只有一小部分溶剂分子吸收高波长的紫外线。

氯化化合物会危害环境。因此，我们的下一个目标是修改反应，使其无需使用氯化溶剂即可进行，目前尚不清楚ETH技术何时或如何应用于实践。不过，为新的回收方法打开了大门，这些方法可以针对以前难以化学分解的塑料中的碳链进行分解。

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