將聚酯還原為單體之觸媒反應,可望有助於解決廢塑膠問題

 

刊登日期:2022/8/3
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東京農工大學與東京都立大學開發了一項可將聚酯還原為單體(Monomer)的觸媒反應,將可望有助於解決廢塑膠問題。聚酯合成係透過兩端結合了羧酸(Carboxylic Acid)的單體-二羧酸(Dicarboxylic Acid)與兩端為醇(Alcohol)的單體-二元醇(Diol)的反應形成,而研究團隊注意到此過程中酯結構重複的構造。

若能將聚酯的酯結構與甲醇等低分子量醇類予以連續交換,最終將可分解為聚酯原料的羧酸甲酯與二元醇。此類反應被稱為酯交換反應。儘管對於具有酯結構的低分子化合物已知是有效的反應,但尚未發現可以在沒有鹼類或添加劑的情況下有效分解聚酯的觸媒。

研究團隊利用廣泛使用的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)在各種條件下嘗試多種觸媒後,確認稀土元素之鑭(La)的錯合物做為觸媒是有效的。在甲醇中觸媒濃度1 mol%、反應溫度90℃、反應時間4小時的條件下,可定量分解為聚酯原料的丁二酸二甲酯與1,4-丁二醇。

即使是10 g的規模,在125 ml甲醇中觸媒濃度為1 mol%、反應溫度90℃、反應時間4小時的情況下亦能定量分解,且可將得到的油萃取、分離出丁二酸二甲酯與1,4-丁二醇。將這些物質再次聚合,亦可在甲醇釋出的同時回復為聚酯。此外,即使使用聚己二酸乙二醇酯,也可以在相同的反應條件下定量分解為己二酸二甲酯與乙二醇。

寶特瓶材料的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)在觸媒濃度1 mol%、反應溫度150℃、反應時間4小時的條件下,定量轉化為對苯二甲酸二甲酯與乙二醇。而家電製品等使用的工程塑膠-聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)亦可在相同條件下定量分解為對苯二甲酸二甲酯與1,4-丁二醇。研究團隊也利用市售的PET瓶進行測試,確認在相同條件下亦能完全分解成單體。除了僅用廉價的觸媒或溶媒即可分解外,亦可在空氣中進行反應,即使是在實驗室等級亦能實現大規模完全分解,因此具有很高的實用性。

今後研究團隊將進一步推動可在更低價、更溫和的條件下分解,益加經濟實用之分解反應的研究。此外,另將展開觸媒活性物種的解明,期開發出具有更高活性的觸媒。


資料來源: https://www.tuat.ac.jp/outline/disclosure/pressrelease/2022/20220701_01.html
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