今日、プラスチックのリサイクルは、主にソートされたペットまたはポリエチレン飲料ボトルのコレクションに限定されています。収集されたプラスチックは、同一の化学組成であり、同様の長さのポリマー分子があります。色、柔らかさ、日光抵抗などの特性を強化するために使用される添加剤も似ています。
このプロセスにより、プラスチックを溶かして新しいボトルに改革することができます。対照的に、さまざまなタイプと品質（混合プラスチックとして知られている）のプラスチックは、たとえばセメント植物で熱を生成するために焼却されます。
Ethチューリッヒのポリマー材料の研究室からアシナアナスタサキが率いる科学者チームは、プレキシグラスのほぼ完全な故障をそのモノマーの構成ブロックに可能にする方法を発見しました。添加剤を使用することにより、これらのビルディングブロックは、新しいプレキシグラスポリマーの合成のために、蒸留を蒸留することにより簡単に精製できます。
潜在的な影響は重要です。約390万トンの世界的な年間生産により、プレキシグラス（化学的にPMMAまたはポリメチルメタクリレートとして知られています）は、耐久性と軽量アクリル材料です。航空宇宙および自動車産業、スクリーンやモニターの製造、および建設業界で人気が高まっています。
ETH研究者によって開発され、ジャーナルScienceで提示されたプロセスは非常に堅牢です。また、10,000個のモノマービルディングブロックで構成される非常に長いポリマーチェーンでも効果的です。さらに、コポリマー、プラスチック製剤、染料、その他のほとんどのプラスチックなどの添加剤の存在は、鎖の切断に最小限の影響を与えます。 DIY市場から多色のプレキシグラスを使用している場合でも、収量は94〜98％のままです。
驚くほど単純なプロセス
「私たちのプロセスは非常に単純です」とアナスタサキは強調しています。「必要なのは、塩素ベースの溶媒であり、溶解したリサイクル混合物を90〜150°Cの温度に加熱して、UVまたは可視光の助けを借りて解重合反応を開始することだけです。」
ETH教授は、プロセスがどれほど簡単であるかに驚いていました。ポリエチレンやポリプロピレンなどの他の多くの重要なプラスチックと同様に、プレキシグラスポリマーは、プラスチックの種類に応じて、さまざまなサイドグループが分岐する炭素原子のポリマー鎖で構成されています。今日まで、これらの均一なカーボンチェーンは、反応を分割するために特定の攻撃ポイントを提供しないため、標的分割のモノマーへの分割のための乗り越えられない化学的課題を提起してきました。
均一な炭素鎖を完全に分解する業界で現在使用されている唯一の方法は、熱分解です。これには、約400°Cでの炭素鎖の熱分解が含まれます。ただし、これらの反応は非特異的であり、さまざまな切断産物が混合されます。このプロセスに必要な大量のエネルギーは、結果として生じる混合の浄化に関連するコストとともに、熱分解の経済的効率を厳しく制限します。
数年間、さまざまな研究グループが修正されたポリマーを実験してきました。それらは、ポリマー鎖の端に簡単に取り外し可能な分子基を導入し、鎖の端から解体を引き起こします。このようにして、研究者は最大90％以上の利回りを達成しました。
ただし、これらの設計者ポリマーにはいくつかの大きな欠点があります。まず、確立されたプラスチック生産に統合される必要性に加えて、それらの反応性エンドグループは、ポリマーの熱安定性、したがって可能な用途を大幅に制限します。さらに、一般的に使用されるプラスチック添加剤の多くは、反応の収率を減少させ、その結果、脱解重度は、市販のプラスチックでしばしば発生する長いポリマー鎖の場合でも、限られた程度にのみ機能します。
溶媒は反応を決定します
化学の場合が多い場合が多いように、新しい方法は偶然に発見されました。 Anastasakiが説明しているように、「私たちは実際にモノマーへのターゲットの崩壊を促進する特定の触媒を探していました。しかし、コントロール実験は、触媒が必要ではないという驚くべき啓示につながりました。」砕いたプレキシグラスサンプルが溶解した塩素化溶媒は、紫外線の助けを借りてポリマーを実質的に完全に分割するのに十分でした。
アナスタサキは、分割反応の背後にあるメカニズムを調査するために、他のETH研究グループの専門家の助けに頼ることができました。ポリマー化学研究所のTAE-LIM CHOIは、関与する分子の理論的電子状態を計算し、分子物理科学研究所のGunnar Jeschkeは、理論的予測を実験的に検証するために使用された電子常磁性共鳴測定を実施しました。
塩素は行かなければなりません
しかし、将来、ETH研究者は、リサイクルプロセスで塩素化溶媒を分配したいと考えています。「塩素化化合物は環境に害を及ぼします。したがって、私たちの次の目標は、塩素化溶媒なしで動作できるように反応を修正することです。」
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#プレキシグラスは基本的なコンポーネントに完全に分解されます
2025-03-03 06:02:00