四川大學(xué)王玉忠院士團(tuán)隊(duì) Angew：廢棄環(huán)氧樹(shù)脂及其復(fù)合材料的高效全回收

2025-03-02 來(lái)源：高分子科技

穩(wěn)定的三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)賦予了環(huán)氧樹(shù)脂（EP）優(yōu)異的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，但其不溶、不熔的特性使其回收利用十分困難。通過(guò)熱解、氧化等方式可將EP轉(zhuǎn)化為小分子化學(xué)品、低聚物或者新材料，但是回收產(chǎn)物組成復(fù)雜，再利用領(lǐng)域有限。通過(guò)選擇性且完全斷裂EP中某類化學(xué)鍵回收組成簡(jiǎn)單的小分子化合物是一種很有前景的回收方法。目前，雖然已有少數(shù)工作（Nature, 2023, 617, 730-738；J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 11151-11160；ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 16946-16954；J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 2419-2425；Green Chem. 2024, 26, 815-82）報(bào)道，可以通過(guò)選擇性斷裂EP中的C(sp³)-O鍵回收雙酚A（BPA），但還面臨催化劑昂貴、分離工藝復(fù)雜、BPA產(chǎn)率較低以及樹(shù)脂中BPA之外部分尚未有效利用等挑戰(zhàn)與問(wèn)題。

圖1. 通過(guò)路易斯酸將EP全回收為BPA和環(huán)氧單體

近期，四川大學(xué)王玉忠院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單、溫和、高效且普適性好的全回收策略，即使用市售的廉價(jià)路易斯酸在溫和條件下對(duì)EP中的C(sp³)-O鍵進(jìn)行選擇性斷裂高效回收BPA，同時(shí)通過(guò)C(sp³)-N鍵的重構(gòu)及羥基環(huán)化將EP中BPA之外的部分回收為多官能度環(huán)氧樹(shù)脂單體（AG80等）。通過(guò)質(zhì)量衡算，EP的質(zhì)量回收率高達(dá)91%，其中BPA產(chǎn)率最高為96%，純度為99%；AG80等多官能度環(huán)氧樹(shù)脂單體的產(chǎn)率最高為96%，環(huán)氧值為0.43。該回收方法不僅適用于不同胺類、酸酐固化的純環(huán)氧樹(shù)脂，還可推廣至廢棄的風(fēng)電葉片用玻璃/碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料與高壓互感器用灌注樹(shù)脂，在高效回收BPA的同時(shí)，還可無(wú)損回收復(fù)合材料中的玻璃纖維、碳纖維、硅微粉等填料。該全回收策略無(wú)二次污染，其反應(yīng)過(guò)程所用溶劑可循環(huán)使用，所產(chǎn)生副產(chǎn)物均可以回收，這為廢棄環(huán)氧樹(shù)脂及其復(fù)合材料的資源化利用提供了新途徑。該工作以“Full Recovery of Epoxy Resin Wastes into Bisphenol A and Epoxy Monomers via Lewis Acid”為題發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》上。第一作者為四川大學(xué)環(huán)保型高分子材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室的博士研究生李曉輝，通訊作者為劉雪輝副研究員和吳剛教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。

圖2. EP的全回收過(guò)程及產(chǎn)物表征

圖3. 從不同固化劑固化的EP中回收BPA

圖4. 廢棄結(jié)構(gòu)膠、高壓互感器用灌裝樹(shù)脂、玻璃/碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的回收

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202422472

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（責(zé)任編輯：xu）

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