传统高分子PMMA登上Science丨“可见光+氯溶剂”实现废旧有机玻璃的“一键还原”

作者: 废塑料新观察
发布于: 2025-03-08 09:24

3月18-20日,江苏张家港,扫码报名

倒计时 10 


塑料的广泛应用带来了严重的环境问题,尤其是传统回收技术的局限性。目前主流的机械回收法(如熔融再造)会导致塑料性能下降(“降级回收”),而化学回收虽能再生单体,却依赖高温(>400℃)或特殊设计的“定制塑料”(含预装弱键),难以直接处理市售塑料。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,俗称有机玻璃)为例,全球年产量超390万吨,但回收率不足10%,亟需一种普适、高效且低成本的解聚技术。

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据此,瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH)Athina Anastasaki教授团队报道了一种主链引发、可见光触发的解聚,可直接应用于含有未公开杂质(例如共聚单体、添加剂或染料)的商业聚合物。2025年2月20日,相关研究以题为“ Visible light–triggered depolymerization of commercial polymethacrylates”的论文发表在顶级学术期刊Science上。


编者按

该工作的突破性在于“主链触发”解聚机制,彻底摆脱了对预装弱键的依赖,首次实现了商业塑料的直接高效回收。相比现有技术,其优势显著:① 技术颠覆性传统化学回收依赖定制塑料(如RAFT/ATRP合成),而新方法直接针对主链,适用范围大幅扩展。② 经济可行性可见光驱动、溶剂循环、单体易提纯,降低了规模化门槛。

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李 编  博士

高分子物理与化学专业

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进入废塑料化学循环领域4年

专注PET、PE、UPR等化学回收

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图1. PMMA的解聚方法.  (左)通过不稳定的链端通过不稳定的链末期解聚. (右)主链引起的解聚,而无需任何不稳定组。
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技术突破:可见光触发,无需弱键也能解聚

利用可见光(415纳米)触发氯自由基反应,直接分解普通商业塑料的主链。其核心亮点如下:
  1. 无需“定制塑料”

    传统方法依赖预装弱键(如硫酯、卤素端基),而新技术直接从塑料主链启动解聚,适用于含杂质、添加剂或染料的市售产品(如彩色有机玻璃)。

  2. 低温高效,近100%回收率

    在150℃和可见光照射下,PMMA的单体回收率高达98%,分子量范围覆盖工业级(最高达160万克/摩尔)。实验证明,即使塑料经过高温加工或含丙烯酸酯共聚物(抑制解聚的常见工业手段),回收率仍超90%。

  3. 规模化潜力

    团队成功完成10克级解聚实验,并通过蒸馏提纯单体,溶剂可循环使用5次以上,显著降低能耗与成本。

图2. 通过主链启动,可见光触发了PMMA的解聚。
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氯自由基的“剪刀效应”

技术的关键在于溶剂**1,2-二氯苯(DCB)**在光照下释放氯自由基,其作用机制如下:
  1. 光激发产生活性氯:可见光促使DCB中的C-Cl键断裂,生成氯自由基。
  2. 主链“剪断”:氯自由基攻击塑料主链的C-H键,引发β断裂,逐级解聚为单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)。
  3. 动态控制:通过开关光源即可启停反应,避免副产物累积。

图3. 探讨了主链引发解聚的机理
实验还通过电子顺磁共振(EPR)和理论计算验证了该机制(图3),确认氯自由基是核心驱动力,而非传统端基或热解作用。
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实际应用前景:直面行业痛点

  • 兼容复杂废塑料
    市售有机玻璃(如Plexiglas)常含染料、增塑剂,传统方法易受干扰。新技术对黄、蓝、红、绿等彩色样品均实现94%~98%解聚率(图4A)。
  • 混合废料处理
    与PET、聚乙烯等混合时,解聚率仍超90%(PVC因含氯干扰降至69%)。
  • 溶剂循环与经济性
    解聚溶剂可重复使用,且单体蒸馏简单(沸点差113℃),适合工业化放大。

图4. 商业有机玻璃的脱聚反应. (A)不同颜色的有机玻璃的最终解聚转化. 混合有机玻璃的(B)大规模2米解聚,以及(C)多环使用溶剂进行蓝色有机玻璃解聚. 误差条表示>3次实验的标准差. 
该技术突破了传统解聚的两大瓶颈:一方面是普适性:直接处理市售塑料,无需分类或预处理。另一方面是可持续性:低温节能,避免高温热解的污染与高耗能。若大规模应用,有望将PMMA等塑料的回收率从不足10%提升至90%以上,推动“闭环循环”真正落地。
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Visible light–triggered depolymerization of commercial polymethacrylates

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(资料来源:Science,若需可查看原文)

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