Polimetakrylan metylu (PMMA), powszechnie znany jako pleksi, jest jednym z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych. Jego lekkość, odporność na promieniowanie UV oraz doskonała przezroczystość sprawiają, że wykorzystuje się go w budownictwie, elektronice, motoryzacji i przemyśle lotniczym. Mimo swoich zalet PMMA ma zasadniczą wadę – jest niezwykle trudny do recyklingu.
Czytaj też: Ten nowy supermateriał jest aż 8 razy wytrzymalszy od grafenu
Tradycyjne metody recyklingu PMMA, takie jak piroliza, wymagają temperatur przekraczających 400oC i dużych ilości energii, co czyni je kosztownymi i mało efektywnymi. Produkty powstałe w wyniku pirolizy są mieszanką różnych związków chemicznych, które wymagają dalszego oczyszczania, co dodatkowo podnosi koszty całego procesu. Z tego powodu recykling pleksi na dużą skalę praktycznie nie istnieje, a większość odpadów z tego materiału trafia na wysypiska lub do spalarni.
Naukowcy z ETH Zurich pod kierunkiem prof. Athiny Anastasaki dokonali przełomowego odkrycia. Opracowali nową metodę, która pozwala niemal całkowicie rozłożyć PMMA na jego monomery, nawet jeśli zawiera dodatki takie jak barwniki, stabilizatory UV czy plastyfikatory. Proces ten zachodzi w znacznie niższej temperaturze niż piroliza i nie wymaga użycia skomplikowanych katalizatorów. Szczegóły opisano w Science.
Pleksi jednak można poddać recyklingowi
Technika polega na rozpuszczeniu pokruszonego pleksi w rozpuszczalniku i podgrzaniu go do temperatury 90-150oC. Następnie materiał jest wystawiany na działanie promieniowania UV, które powoduje oderwanie rodnika chloru od rozpuszczalnika. Uwolniony rodnik inicjuje reakcję depolimeryzacji, prowadząc do całkowitego rozpadu łańcuchów polimerowych na pojedyncze monomery. Te z kolei można łatwo oczyścić przy pomocy destylacji i ponownie wykorzystać do produkcji nowego PMMA.
Czytaj też: Prościej, taniej i ekologicznie. Koreańska technologia zmienia recykling akumulatorów litowo-jonowych
Odkrycie to było dziełem przypadku. Zespół badaczy pierwotnie eksperymentował z różnymi katalizatorami chemicznymi, które miały wspomóc rozkład PMMA. Jednak podczas jednego z kontrolnych testów zauważyli, że katalizator wcale nie był potrzebny – sam rozpuszczalnik chlorowy, w połączeniu ze światłem UV, wystarczył do przeprowadzenia reakcji. Jak przyznaje prof. Anastasaki, była zaskoczona prostotą procesu, który w porównaniu z pirolizą wymaga znacznie mniej energii i jest o wiele bardziej selektywny.
Nowa metoda może całkowicie zmienić sposób, w jaki zarządzamy odpadami z PMMA. Obecnie większość plastiku, który nie jest PET-em lub polietylenem, nie nadaje się do skutecznego recyklingu i jest spalana. Dzięki odkryciu zespołu z ETH Zurich możliwe staje się pełne przetworzenie pleksi i ponowne wykorzystanie go w formie surowca o niemal identycznych właściwościach, co materiał pierwotny.
Opracowana metoda jest szczególnie ważna w kontekście rosnącej produkcji PMMA, której globalna wielkość wynosi około 3,9 miliona ton rocznie. Pleksi jest coraz częściej stosowane w nowoczesnych technologiach, takich jak produkcja ekranów, monitorów czy komponentów dla przemysłu motoryzacyjnego i lotniczego. Skuteczny recykling tego materiału mógłby znacząco zmniejszyć jego wpływ na środowisko i ograniczyć zależność od surowców pierwotnych.
Kluczowym elementem nowej technologii jest również jej wysoka efektywność. W przeprowadzonych eksperymentach uzysk monomerów wynosił od 94 do 98 proc., co oznacza, że niemal cały materiał może zostać ponownie wykorzystany. Co więcej, obecność dodatków, takich jak barwniki czy stabilizatory, nie wpływa na skuteczność procesu, co odróżnia tę metodę od wcześniejszych prób recyklingu PMMA.
Choć nowa metoda jest niezwykle obiecująca, naukowcy z ETH Zurich nadal pracują nad jej udoskonaleniem. Głównym wyzwaniem jest eliminacja rozpuszczalnika chlorowego, który choć skuteczny, ma negatywny wpływ na środowisko. Prof. Anastasaki podkreśla, że ich kolejnym celem jest opracowanie techniki, która pozwoli na inicjowanie reakcji depolimeryzacji bez konieczności stosowania szkodliwych substancji chemicznych.
Nie wiadomo jeszcze, kiedy metoda ta zostanie wdrożona na skalę przemysłową, jednak już teraz wzbudza ogromne zainteresowanie wśród ekspertów zajmujących się recyklingiem tworzyw sztucznych. Możliwość skutecznego przetwarzania PMMA otwiera nowe możliwości dla przemysłu i może przyczynić się do znacznej redukcji ilości plastikowych odpadów.
