降解聚甲基丙烯酸甲酯新方法:開燈即降解

乙烯基聚合物(如聚甲基丙烯酸甲酯,簡稱PMMA)具有全碳骨架結構,這使其具有優異的化學穩定性,並被拿來製為日常生活中常見的塑料,但它同時也造成了難以分解的問題,這對環境造成了嚴重傷害。目前,熱裂解是處理這類塑料最常見的方法,但此方法需要極高的溫度(>400°C),這不僅造成能源浪費,還會產生不良副產物,如2,3-丁二酮,這會使回收的PMMA產生刺鼻氣味。近年來,科學家們開發了一些新方法,例如利用可逆去活性自由基聚合(RDRP,reversible deactivation radical polymerization)合成易斷裂的PMMA(如末端官能基為鹵素或硫代羰基硫),這種聚合物可在較低的溫度下(120°至170°C)降解回收。然而,這些方法僅適用於特定結構的聚合物,且這些材料往往熱不穩定,不可能被大規模生產。除此之外,這樣的技術還存在著以下缺點:只適用於低分子量聚合物;當PMMA中含有少量其他單體(如僅1.1%的丙烯酸丁酯,商業生產的PMMA都有含,可增加柔韌性)時,降解效率大幅下降;聚合物若曾經過高溫處理,降解效果會顯著降低。因此,開發一種更高效的PMMA降解方法,對於實現更環保的塑料回收相當重要。

近日,瑞士蘇黎世聯邦理工學院的研究團隊,成功開發出一種PMMA降解方法,能在可見光(415 nm)照射下將PMMA降解。他們發現,當1,2-二氯苯溶劑在可見光照射下會產生氯自由基,這些氯自由基隨後透過氫原子轉移(HAT)過程攻擊PMMA主鏈,引發β斷裂並觸發降解反應。傳統的降解方法,需要PMMA末端是特定的官能基才有辦法降解,而新方法則是透過攻擊PMMA的主鏈(分子中部)來實現降解,所以不需要關心分子末端的結構是什麼。因此,這種新方法可以用來降解任何PMMA,無論是透過自由基聚合、離子聚合還是RDRP製造出來的PMMA,都可以有效降解。更重要的是,即使是高分子量(高達160萬daltons)的PMMA也能保持90-98%的高降解率,且含有丙烯酸丁酯單體或經過熱處理的PMMA同樣能有效降解。研究人員還發現,這種降解反應只能在有光源的條件下進行,光源關閉後即停止反應,這種開關特性讓使用者可以精確控制降解過程的開始和結束時間。

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