Способ переработки оргстекла без растворителей с выходом мономеров до 98%

Оргстекло используют в остеклении, автомобильных задних фонарях, мебели и других изделиях. Этот полимер, известный в том числе под торговой маркой Plexiglas, подходит для переработки, но по-прежнему часто оказывается в отходах.

Команда профессора ETH Zurich, материаловеда Афины Анастасаки несколько лет работает над способами разложения оргстекла на исходные строительные блоки — мономеры. Такой процесс называют деполимеризацией. В предыдущих исследованиях ученые показали, что он возможен, но требовал особых условий: предварительного изменения полимерных цепей для создания «слабых звеньев», больших объемов растворителей, катализаторов или ультрафиолетового излучения.

До 98% мономеров при температуре чуть выше 200°C

Новый метод позволяет практически полностью разложить полимер на мономеры: их выход достигает 98%. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Chemistry.

По данным исследователей, получаемое сырье отличается высокой чистотой, даже если исходное оргстекло содержит красители или примеси. Из восстановленных мономеров можно производить полимер того же качества, что и из первичного сырья.

Реакция начинается при температуре чуть выше 200 °C, тогда как для прежних методов требовалось не менее 400 °C. Это снижает энергозатраты. Растворители в новом процессе не используются. «Главное, что делает наш подход таким интересным, — его простота», — говорит ведущий автор исследования Ричард Уитфилд, ранее работавший в группе Анастасаки.

Для запуска реакции достаточно одного реагента

В основе метода — соединение из класса N-гидроксиимидов. Этот недорогой, коммерчески доступный реагент воздействует на полимерные цепи оргстекла, вызывая их распад с высвобождением мономеров. После его добавления реакция протекает самостоятельно.

Подходящее вещество нашли в ходе систематического поиска. По словам Анастасаки, неожиданным оказалось то, что для запуска деполимеризации достаточно одного реагента. В исследовании также участвовали профессора химии ETH Zurich Тхэ Лим Чхве и Гуннар Йешке.

Чем метод отличается от пиролиза

Один из подходов к химической переработке пластмасс — пиролиз, при котором полимеры разлагаются при высоких температурах, обычно выше 400 °C. Получаемые при этом мономеры могут содержать до 3% примесей, что способно ухудшать качество произведенного из них пластика.

Новый метод сочетает более низкую температуру разложения с получением чистого сырья. ETH Zurich подал патентную заявку и ищет компании, заинтересованные в лицензировании технологии.

Масштабирование еще впереди

Химическая промышленность уже проявила интерес к разработке. По словам исследователей, метод можно внедрить с использованием существующей инфраструктуры и стандартных процессов. Прежние подходы команды требовали изменений оборудования и технологических процессов, что делало их слишком дорогими для большинства компаний.

Следующий этап — масштабирование метода и подробное изучение механизма реакции. На этой основе ученые рассчитывают разработать вещества, которые ускорят распад полимера и повысят выход мономеров.

Пока метод работает только с оргстеклом. Для других пластиков нужны отдельные решения. Команда планирует проверить, можно ли применить тот же принцип к полистиролу — одному из наиболее распространенных пластиков.