把聚合物拆成單體的解聚(depolymerization),是處理塑料廢棄物相當有吸引力的化學回收方法,拆出的單體能再聚合成全新的材料,不像最常見的機械回收只是把塑料加熱、重新加工成品質較差的產品。解聚已開始在PET等聚酯上商業化。然而,製成壓克力的聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)等乙烯基聚合物,主鏈全由碳原子構成、缺乏雜原子,不易受化學攻擊而斷鏈,因此通常得靠熱裂解(pyrolysis)才拆得開。但約450°C的高溫不只浪費能源,還會產生帶異味的副產物,降低回收單體的純度。為了降低溫度,科學家在鏈端預先裝上鹵素等易斷的末端基,讓解聚從這一端啟動,例如以原子轉移自由基聚合(ATRP)製成、末端帶鹵素的聚合物,在170°C就能快速解聚。然而,這類方法在溶液中得高度稀釋才有高轉化率,預先裝上末端基也增加了成本,而且高分子量的聚合物無法有效解聚。近年雖然也有不用溶劑的本體解聚(bulk depolymerization),例如合成PMMA時摻入少量α-甲基苯乙烯,讓它當作共單體(co-monomer)一起聚合進主鏈,在210°C回收50%的單體,但這類方法同樣得仰賴末端基或共單體,兩者都可能降低材料的熱穩定性。因此,現有的解聚研究多半集中在預裝末端基或摻入共單體的「設計型」聚合物,或高度稀釋的溶液解聚,這難以直接處理市售的壓克力。
近日,瑞士蘇黎世聯邦理工學院的研究團隊,不用溶劑、不靠末端基或共單體,就成功在230°C把市售壓克力拆回單體。他們意外發現,只要把便宜的N-羥基鄰苯二甲醯亞胺(N-hydroxyphthalimide,NHPI)與PMMA一起加熱,開始失重的溫度就從PMMA單獨加熱時的310°C降到180°C;改用四氯衍生物TCNHPI(N-hydroxytetrachlorophthalimide)後,在230°C下的失重達93%,遠高於NHPI的63%。機制研究指出,TCNHPI受熱產生的自由基,會以氫原子轉移(hydrogen-atom transfer)抽走PMMA主鏈的氫,留下的自由基再讓主鏈在中間某處斷成兩截,帶自由基的那一截就從斷口把甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體一個個拆下來。由於溫度較低,蒸餾出的MMA無色且純度高;溫度即使降到180°C,PMMA仍有70%的失重,這比傳統熱裂解低了250°C以上。該方法不必從鏈端啟動,因此不受末端基影響,適用於25到1,400 kDa的PMMA,也能在180°C下解聚含氫氧化鋁填料、熱裂解無法回收的PMMA。研究團隊最後把5.1公克藍色的Plexiglas壓克力與TCNHPI混合後減壓蒸餾,得到高純度單體,產率達90%。