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聚甲基丙烯酸酯的低温解聚新方法获Nature Chemistry认可

2026-09-06 8205

在21世纪,聚合物材料在日常生活中无处不在,但它们的过度使用和有限的回收能力正导致严重的环境问题,影响健康和生态。当前主要的回收方法是机械回收,实际上是将塑料加热再加工为较低质量的产品,其性能显著下降。为了提高产品性能并节约资源,解聚成为一种有效的选择,即将聚合物分解为其单体,随后可以重新聚合为高品质材料。然而,对于含有全碳主链的乙烯基聚合物,例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),实施这一化学回收策略远比处理聚酯(如PET)困难,因为这些聚合物缺乏杂原子,不易受化学攻击和链断裂。传统的热解技术用于断裂这些稳定的化学键,但需高温(约450°C),造成能源浪费、产生副反应以及有气味的废物,这些废物污染了回收单体的纯度。

为了解决这些问题并降低解聚温度,可逆失活自由基聚合(RDRP)被提出来作为替代方案,通过引入不稳定的端基(如卤素或硫代羰基化合物),实现低温解聚。然而,目前的RDRP溶液解聚方法需高稀释度才能有效,且要求预装端基带来额外成本和应用限制。尽管存在本体解聚的相关研究,现行方法仍依赖不稳定的端基或牺牲共聚单体以降低操作温度。

苏黎世联邦理工学院的Athina Anastasaki课题组提出了一种简单高效的本体解聚新方法。在研究中,N-羟基酰亚胺类化合物(如NHPI、TCNHPI)的参与促使聚合物主链发生氢原子转移反应,PMMA随之进行快速且近乎完全的解聚。该方法可以直接应用于粗制商业聚合物,不需要预装端基或牺牲共聚单体,且在无光照无溶剂的条件下,以相对低温进行,能够以约90%的高收率直接分离纯单体。 千亿球友会

研究团队首先选择通过阴离子聚合制得的PMMA作为模型聚合物,因其具有惰性氢端基和较高的分子量。在热重分析中发现,加热单一PMMA时,质量损失的起始温度为310°C,而达到90%质量损失需380°C,表明未官能化聚合物的解聚需要高温。然而,与NHPI共同加热时,发现解聚起始温度降至180°C,310°C处质量损失达到60%,显示出NHPI的单独作用能够引发低温解聚。

进一步研究了其他含N-O-H键的替代品的性能,发现N-羟基丁二酰亚胺(NHS)和N-羟基四氯邻苯二甲酰亚胺(TCNHPI)都是有效的HAT试剂。TGA实验显示,TCNHPI的低温反应效果优于NHPI,解聚起始温度为175°C,T90降至250°C。因此,通过TCNHPI进行的等温实验验证,其在230°C保持恒温2小时后,质量损失率达到93%。结合其他实验,证实解聚过程所产出的高纯度MMA单体的再生是通过低温解聚实现的。

总之,该方法使得商用聚甲基丙烯酸酯在无需预装不稳定基团的情况下实现了低温解聚,推动了化学回收技术的发展。相关研究成果已在Nature Chemistry上发表。 千亿球友会

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