Electrochemically Initiated Depolymerization of Poly(Methyl Methacrylate)

解聚 邻苯二甲酰亚胺 化学 单体 聚合物 高分子化学 电化学 共聚物 激进的 有机化学 热塑性塑料 氮丙啶 脂环化合物 乙烯基聚合物 反应机理 乙二醛
作者
Graham C. Gilchrist,Rhys W. Hughes,Tanmoy Maity,Sean R. Gitter,Nikta Izadi,J. Márquez,James Young,Austin M. Evans,Brent S. Sumerlin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (3): 3336-3342 被引量:7
标识
DOI:10.1021/jacs.5c17930
摘要

Efficient depolymerization of polymers with all-carbon backbones under mild conditions would be valuable in chemically recycling commodity plastics. Poly(methyl methacrylate) (PMMA) is a commodity thermoplastic that is currently depolymerized at temperatures in excess of 400 °C. Herein, we lower the temperatures needed to depolymerize PMMA by performing radical generation and depropagation with orthogonal stimuli. This first demonstration of electrochemically initiated PMMA depolymerization relies on reduction of phthalimide esters that, upon subsequent decarboxylation, generate polymer-centered radicals. These radicals then spontaneously unzip the polymer back to its monomeric constituents at temperatures as low as 105 °C. We studied the mechanism and efficiency of this transformation as a function of phthalimide ester placement, incorporation density, and polymer molecular weight. We found that chain-end activation is effective for modest molecular weights but suffers diminished efficiency at higher degrees of polymerization. In contrast, pendent-group activation is more effective for depolymerizing higher molecular weight species. Integrating higher molar amounts of phthalimide ester pendants leads to more effective depolymerization, with >95% depolymerization in copolymers with 5 mol % phthalimide ester incorporation. We leveraged this understanding to create a custom electro-distillation apparatus that allowed us to simultaneously electrochemically depolymerize PMMA and directly distill methyl methacrylate, which could ultimately be repolymerized. These findings establish electrochemistry as a versatile and orthogonal stimulus for vinyl polymer depolymerization and provide a foundation for closed-loop electrochemical recycling of widely used plastics.
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