Ehangu'r gwaith o gynhyrchu Perspex® mewn ffordd sy'n gyfeillgar i'r amgylchedd
Trwy ein hymchwil, darganfyddom broses cost-effeithiol ar gyfer creu Perspex® yn fyd-eang. Gallai’r broses hon gael ei defnyddio ar raddfa, gan gynnig manteision economaidd ac amgylcheddol.
Beth yw Perspex®?
Mae polymethyl methacrylate, neu Perspex®, yn ddeunydd a ddefnyddir ym mron pob diwydiant ac mae’n cael ei ddefnyddio at amrywiaeth o bwrpasau. Mae ei ddeunydd rhagflaenol, methyl methacrylate (MMA), yn nwydd a fasnachir yn fyd-eang. Fe wnaeth ymchwilwyr yn yr Ysgol Cemeg, mewn cydweithrediad â phartner y diwydiant Lucite International (ICI Acryligs yn ffurfiol, ac sydd bellach yn rhan o Grŵp Mitsubishi), gynhyrchu'r prif ligand o'r broses ALPHA, a oedd yn galluogi gweithgynhyrchu methyl methacrylate (MMA) ar raddfa ddiwydiannol.
Dyfeisiwyd Perspex® gan ICI Chemicals yn y 1930au. Mae'n blastig hynod o glir, gyda chryfder tynnol uchel ond mae’n ysgafn iawn. Gellir dod o hyd iddo mewn amrywiaeth o gynhyrchion gan gynnwys mewn acwaria, ffonau symudol, setiau teledu a monitorau cyfrifiadurol. Mae Perspex® wedi chwarae rhan allweddol yn ystod pandemig COVID-19, gan fod sgriniau a wnaed o'r deunydd wedi'u defnyddio mewn siopau, swyddfeydd a bwytai gan helpu i gadw staff a chwsmeriaid yn ddiogel.
Esbonia Dr Paul Newman, “Y ffordd symlaf o feddwl am Perspex® yw fel rhywbeth sy’n cael ei ddefnyddio yn lle gwydr. Mae yr un mor glir â gwydr, ond mae'n llawer ysgafnach, ac yn gryfach. Os ewch i acwariwm, weithiau mae popeth yn edrych yn rhyfedd oherwydd bod y gwydr mor drwchus. Gall Perspex® ddal y dŵr yn ôl yr un mor effeithlon ond gan ddefnyddio darn llawer teneuach. Felly, byddwch chi’n gallu gweld drwyddo’n gliriach ac fe allech adeiladu tanciau mwy na thanciau gwydr er enghraifft gan fod gwydr yn rhy drwm i ddal y dŵr yn ôl. Mae Perspex® yn fwy diogel na gwydr gan nad yw'n debygol o chwalu. Ac os yw'n chwalu, nid yw'n tueddu i dorri yn ddarnau ag ochrau miniog.”
Y Broses ALPHA
Yn draddodiadol, roedd deunydd rhagflaenol i Perspex®, methyl methacrylate (MMA) yn cael ei greu gan ddefnyddio cemegau gwenwynig a cyrydol, megis hydrogen cyanid ac asid sylffwrig. Roedd y deunyddiau hyn (neu’r porthiant) yn codi costau cynhyrchu ac yn cyfyngu ar raddfa'r gweithgynhyrchu diwydiannol.
Mae Lucite International yn arweinydd byd-eang o ran dylunio, datblygu a chynhyrchu cynhyrchion acrylig, gyda 22 o weithfeydd ar draws 14 lleoliad ledled y byd. Roeddent am sefydlu catalydd newydd sy'n gyfeillgar yn economaidd ac yn ecogyfeillgar ar gyfer gweithgynhyrchu MMA yn y dyfodol. Buont yn chwilio am arbenigedd yr Athro Peter Edwards a Dr Paul Newman yn yr Ysgol Cemeg, a oedd â dros 20 mlynedd o brofiad yn gweithio ar gemeg sylfaenol paratoi catalyddion.
“Cysylltodd y cwmni â'm hen oruchwylydd, yr Athro Peter Edwards, i ddatrys problem a oedd ganddynt gyda chynhyrchu cyfansoddyn a oedd yn elfen o'r catalydd sy'n gwneud MMA. Fe'm cyflogodd fel cymrawd ymchwil i wneud y gwaith,” meddai Dr Newman.
Datblygodd ymchwil Dr Newman a'r Athro Edwards ar ddiwedd y 1990au synthesis o'r catalydd ligand allweddol gan alluogi'r broses ALPHA ar gyfer cynhyrchu MMA yn hynod effeithlon yn y pen draw.
Roedd y broses yn fwy effeithlon na’r dulliau cynhyrchu MMA eraill sydd ar gael, gan leihau costau 40%, wrth gael gwared ar gemegion proses amgylcheddol niweidiol ac o ganlyniad, lleihau gwastraff.
Esbonia Dr Newman, “Roedd y sylweddau a oedd yn cael eu defnyddio i wneud MMA drwy'r llwybr traddodiadol yn gyrydol iawn ac yn wael i’r amgylchedd. Un o'r cydrannau oedd hydrogen cyanid, sy'n nwy gwenwynig iawn. Ac roedd llawer o wastraff solet yn cael ei gynhyrchu. Nid yw'r broses ALPHA yn cynhyrchu unrhyw wastraff ac nid yw'n defnyddio hydrogen cyanid nac asid sylffwrig. Mae hefyd yn llawer mwy effeithlon o ran ynni ac yn gost-effeithiol.”
Uwchraddio'r broses gynhyrchu
Ar ôl canfod y broses, trwy waith ymchwil barhaus , archwiliwyd y cemeg gymhwysol i alluogi cymhwyso'r broses ALPHA yn effeithlon ac yn gost-effeithiol ar raddfa ddiwydiannol.
Roedd y broses ALPHA yn golygu bod y gweithfeydd yn gallu bod yn llawer llai na’r gweithfeydd mawr oedd eu hangen ar gyfer y prosesau cynhyrchu MMA eraill.
Yn 2008 adeiladwyd y weithfa ALPHA gyntaf yn Singapore. Yn 2014 dechreuwyd y gwaith o adeiladu gweithfa ALPHA fwyaf y byd, a dechreuodd y gwaith cynhyrchu yn 2018.
Yn ôl Dr Newman, “Nid yw’r diwydiant cemegol fel arfer yn adeiladu gweithfeydd newydd. Fel arfer, maent yn addasu gweithfeydd sy’n bodoli’n barod. Roedd y manteision amgylcheddol ac economaidd y broses hon yn enfawr o gymharu â'r hen brosesau ac roedd hynny'n eu hannog i fuddsoddi mewn gweithfeydd newydd.”
Mae allbwn cyfunol y ddau weithfa ALPHA hyn yn cyfrif am 10% o gynhyrchiant blynyddol y byd o MMA , (370,000 tunnell y flwyddyn). Mae'r gyfran hon o'r farchnad yn parhau i dyfu wrth i'r defnydd o Perspex® gynyddu'n gynt. Cyhoeddwyd y bwriad i adeiladu trydydd gwaith ALPHA gyda chapasiti o 350,000 tunnell y flwyddyn yn 2020 a disgwylir iddo ddechrau gweithredu yn 2025.
Mae'n amlwg bod y darn cychwynnol o ymchwil a wnaeth Dr Newman flynyddoedd yn ôl yn parhau i gael effaith. Wrth gloi, dywedodd, “Mae rhywbeth a oedd, o safbwynt ymchwil, yn beth cymharol syml i fynd i'r afael ag ef, wedi newid proses gyfan ac wedi arwain at broses lanach, fwy cywir a mwy effeithlon, sydd bellach yn cael ei defnyddio gan un o weithgynhyrchwyr mwyaf y byd o'r deunydd.”
Ymchwil yn yr Ysgol Cemeg
Mae ein hymchwil yn cwmpasu'r gwyddorau ffisegol, y gwyddorau cymdeithasol, y dyniaethau a dylunio i feithrin rhagoriaeth mewn meysydd allweddol o bensaernïaeth a'r amgylchedd adeiledig.
Pobl
Cyhoeddiadau
- Coleman, D. L. et al. 2010. Coordination chemistry of cis,cis and trans,trans 1,1'-[1,2-phenylenebis(methylene)]bis(2,2,3,4,4-pentamethylphosphetane). Dalton Transactions 39 (16), pp.3842-3850. (10.1039/b924982f)
- Edwards, P. G. , Knight, J. C. and Newman, P. D. 2010. Synthesis of (1R,4S,6R)-5,5,6-trimethyl-2-phosphabicyclo[2.2.2]octane and derivatives. Dalton Transactions 39 (16), pp.3851-3860. (10.1039/b924983d)
- Green, M. J. et al., 2004. Palladium(ii) complexes of new OPN phosphine ligands and their application in homogeneously catalysed reactions of CO with alkenes or alkynes. Dalton Transactions (20), pp.3251-3260. (10.1039/b405586c)