전문가들은 폴리머를 모노머로 나눕니다.
Athina Anastasaki가 이끄는 ETH 연구원 팀은 플라스틱을 분자 빌딩 블록으로 분해하고 그 중 90% 이상을 회수하는 데 성공했습니다. 이것은 실제 플라스틱 재활용을 위한 첫 번째 단계입니다.
폴리머 생산은 화학 산업에서 오랜 역사를 가지고 있습니다. 이것은 작은 분자 빌딩 블록을 결합하여 분자의 긴 사슬을 형성하는 것을 수반합니다. 폴리우레탄, PET 등 일상적으로 사용되는 모든 플라스틱은 폴리머로 만들어집니다.
폴리머의 형성은 잘 이해되고 잘 연구되었지만 폴리머 사슬이 어떻게 분해되어 개별 빌딩 단위인 모노머를 회수하는지(해중합으로 알려진 과정)에 대해서는 거의 관심을 기울이지 않았습니다. 주된 이유는 폴리머를 분해하는 과정이 복잡하기 때문입니다. 사용되는 폴리머 제조 공정의 유형에 따라 폴리머가 구성 요소로 분해될 수 있는지 여부가 결정됩니다.
또 다른 이유는 현재의 해중합 공정이 에너지 집약적이어서 비경제적이기 때문입니다. 이는 재활용 폴리머가 일반적으로 저가 제품 생산에만 사용된다는 사실 때문에 더욱 복잡합니다.
목표는 폴리머를 분해하는 것입니다.
Athena Anastasaki, 고분자 재료 교수 ETH 취리히그는 그것을 바꾸고 싶어합니다. 빌딩 블록으로 쉽게 분해되고 완전히 재활용될 수 있는 폴리머를 만드는 것이 목표였습니다.
재료의 세계는 이 방향으로 중요한 첫 걸음을 내디뎠습니다. Anastasaki와 그녀의 동료들은 일부 폴리머가 기본 빌딩 블록인 모노머로 분해될 수 있고 다른 용도를 위한 재료로 사용하기 위해 재활용될 수 있음을 보여주었습니다. 연구는 미국 화학 학회지.
부서진 폴리머는 RAFT라고도 하는 가역적 분별 및 부가 사슬 이동 중합으로 알려진 특정 중합 기술에 의해 개발된 폴리메타크릴레이트(예: 플렉시 유리)였습니다. 이 비교적 새로운 기술을 사용하여 균일한 길이의 폴리머 사슬이 생산되며, 이는 현재 업계의 주목을 받고 있습니다.
첫 번째 성공
반응을 활성화하거나 가속화하기 위해 촉매를 사용하지 않고 ETH Zurich 연구원들은 폴리메타크릴레이트 빌딩 블록의 최대 92%를 회수할 수 있었습니다.
우리의 방법은 촉매의 사용을 포함하도록 더 개발될 수 있습니다. 이는 환불 금액을 더욱 증가시킬 수 있습니다.
Athena Anastasaki, 고분자 재료 교수, ETH Zurich
폴리머 사슬의 끝에 있는 화학 그룹은 해리에 필요합니다. 연구원들은 폴리머-용매 혼합물을 120°C로 가열하여 폴리메타크릴레이트 사슬의 끝에 “뿌리”를 만들어 해중합을 발생시켰습니다. 그 결과는 캔버라에 있는 호주 국립 대학교의 과학자들에 의해 수학적으로 확인되었습니다.
동일한 제품 또는 다른 제품 생산
Anastasaki에 따르면 이러한 방식으로 회수된 빌딩 블록은 동일한 폴리머 또는 완전히 다른 제품, 즉 모노머로 분해될 수 있는 불용성 하이드로겔을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 새로 만든 제품의 품질은 이전 제품과 비슷합니다. 이는 이전의 폴리머 기반 재활용 제품과 대조적입니다.
그러나 실제로 문제가 있습니다.
RAFT 중합으로 만든 제품은 기존 폴리머보다 비쌉니다..
Athena Anastasaki, 고분자 재료 교수, ETH Zurich
이 단점을 해결하기 위해 그녀와 그녀의 동료들은 이미 대규모 응용 프로그램을 위한 기술을 확장하여 경쟁력을 높이고 제품 가격을 낮추기 위해 노력하고 있습니다. 연구자들은 또한 얻은 양을 늘리고 폴리머의 모든 구성 요소를 회수하기를 원합니다.
제거할 수 있는 다른 폴리머도 재료 과학자에 의해 조사되고 있습니다. Anastasaki는 일상 생활의 다양한 영역에서 사용되는 일반적이고 저렴한 플라스틱인 폴리스티렌(스티로폼)에 특히 관심이 있습니다.
이 방법은 단기간에 플라스틱 문제를 해결하지 못할 것입니다.
이 새로운 접근 방식이 인류의 플라스틱 폐기물 문제를 해결할 수 있다는 희망을 제공하더라도 Anastasaki는 당분간 아이디어를 무시하고 있습니다. 문제는 빠른 해결책이 없습니다. 아나스타사키는 말한다.화학 산업에서 프로세스가 확립되기까지 많은 시간과 연구가 필요할 것입니다.. “
이 방법은 또한 기존 폴리머를 이러한 방식으로 분해할 수 없기 때문에 플라스틱 폐기물을 제거하지 않습니다. 기본 빌딩 블록이 복원되기 전에 순환에 적합한 몇 가지 새로운 폴리머가 도입되어야 합니다. 그러나 이 방법에는 한 가지 장점이 있습니다. 구현 및 사용을 위해 새로운 화학 공장을 만들 필요가 없습니다.
우리는 해중합에 대한 연구의 시작에 불과합니다. 새로운 중합 전략의 개발에 대한 30,000건 이상의 연구가 있으며, 소수만이 단량체 회수에 관한 주제를 다루고 있습니다..
Athena Anastasaki, 고분자 재료 교수, ETH Zurich
저널 참조:
왕, H.S., 다른 사람. (2022) 역 RAFT 중합: 무 촉매 해중합 접근법을 통한 반정량적 단량체 생성. 미국 화학 학회지. doi.org/10.1021/jacs.2c00963.