傳統高分子PMMA登上Science丨“可見光氯溶劑”實現廢舊有機玻璃的“一鍵還原”

2025-03-14 10:17:57廢塑料新觀察閱讀量：7622      我要評論

　　塑料的廣泛應用帶來了嚴重的環境問題，尤其是傳統回收技術的局限性。目前主流的機械回收法(如熔融再造)會導致塑料性能下降(“降級回收”)，而化學回收雖能再生單體，卻依賴高溫(>400℃)或特殊設計的“定制塑料”(含預裝弱鍵)，難以直接處理市售塑料。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗稱有機玻璃)為例，全球年產量超390萬噸，但回收率不足10%，亟需一種普適、高效且低成本的解聚技術。

　　據此，瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH)Athina Anastasaki教授團隊報道了一種主鏈引發、可見光觸發的解聚，可直接應用于含有未公開雜質(例如共聚單體、添加劑或染料)的商業聚合物。2025年2月20日，相關研究以題為“ Visible light–triggered depolymerization of commercial polymethacrylates”的論文發表在頂級學術期刊Science上。

　　編者按

　　該工作的突破性在于“主鏈觸發”解聚機制，徹底擺脫了對預裝弱鍵的依賴，首次實現了商業塑料的直接高效回收。相比現有技術，其優勢顯著：①技術顛覆性：傳統化學回收依賴定制塑料(如RAFT/ATRP合成)，而新方法直接針對主鏈，適用范圍大幅擴展。② 經濟可行性：可見光驅動、溶劑循環、單體易提純，降低了規模化門檻。

　　圖1. PMMA的解聚方法.(左)通過不穩定的鏈端通過不穩定的鏈末期解聚. (右)主鏈引起的解聚，而無需任何不穩定組。

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　　技術突破：可見光觸發，無需弱鍵也能解聚

　　利用可見光（415納米）觸發氯自由基反應，直接分解普通商業塑料的主鏈。其核心亮點如下：

　　無需“定制塑料”

　　傳統方法依賴預裝弱鍵(如硫酯、鹵素端基)，而新技術直接從塑料主鏈啟動解聚，適用于含雜質、添加劑或染料的市售產品(如彩色有機玻璃)。

　　低溫高效，近100%回收率

　　在150℃和可見光照射下，PMMA的單體回收率高達98%，分子量范圍覆蓋工業級(最高達160萬克/摩爾)。實驗證明，即使塑料經過高溫加工或含丙烯酸酯共聚物(抑制解聚的常見工業手段)，回收率仍超90%。

　　規模化潛力

　　團隊成功完成10克級解聚實驗，并通過蒸餾提純單體，溶劑可循環使用5次以上，顯著降低能耗與成本。

圖2. 通過主鏈啟動，可見光觸發了PMMA的解聚。

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　　氯自由基的“剪刀效應”

　　技術的關鍵在于溶劑**1,2-二氯苯(DCB)**在光照下釋放氯自由基，其作用機制如下：

　　光激發產生活性氯：可見光促使DCB中的C-Cl鍵斷裂，生成氯自由基。

　　主鏈“剪斷”：氯自由基攻擊塑料主鏈的C-H鍵，引發β斷裂，逐級解聚為單體甲基丙烯酸甲酯(MMA)。

　　動態控制：通過開關光源即可啟停反應，避免副產物累積。

圖3. 探討了主鏈引發解聚的機理。

　　實驗還通過電子順磁共振(EPR)和理論計算驗證了該機制(圖3)，確認氯自由基是核心驅動力，而非傳統端基或熱解作用。

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　　實際應用前景：直面行業痛點

　　兼容復雜廢塑料

　　市售有機玻璃(如Plexiglas)常含染料、增塑劑，傳統方法易受干擾。新技術對黃、藍、紅、綠等彩色樣品均實現94%~98%解聚率(圖4A)。

　　混合廢料處理

　　與PET、聚乙烯等混合時，解聚率仍超90%(PVC因含氯干擾降至69%)。

　　溶劑循環與經濟性

　　解聚溶劑可重復使用，且單體蒸餾簡單(沸點差113℃)，適合工業化放大。

　　圖4. 商業有機玻璃的脫聚反應.(A)不同顏色的有機玻璃的最終解聚轉化. 混合有機玻璃的(B)大規模2米解聚，以及(C)多環使用溶劑進行藍色有機玻璃解聚. 誤差條表示>3次實驗的標準差.

　　該技術突破了傳統解聚的兩大瓶頸：一方面是普適性：直接處理市售塑料，無需分類或預處理。另一方面是可持續性：低溫節能，避免高溫熱解的污染與高耗能。若大規模應用，有望將PMMA等塑料的回收率從不足10%提升至90%以上，推動“閉環循環”真正落地。

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