稳定的三维交联结构赋予了环氧树脂(EP)优异的机械性能和化学稳定性,但其不溶、不熔的特性使其回收利用十分困难。通过热解、氧化等方式可将EP转化为小分子化学品、低聚物或者新材料,但是回收产物组成复杂,再利用领域有限。通过选择性完全断裂EP中特定化学键获得组成简单的小分子化合物,是一种很有前景的回收方法。虽然,已有少数工作报道了通过选择性断裂EP中的C(sp3)-O键回收双酚A(BPA)的方法,但由于催化剂昂贵、分离工艺复杂、BPA产率较低,以及BPA之外产物未得到利用等问题,限制了这些方法的推广应用。
我院王玉忠院士团队在废弃高分子材料回收催化剂设计与制备、回收方法及工艺、回收产品高值化利用等方面有近30年的研究经验并取得了一系列研究成果。近期,该团队开发了一种简单、温和、高效且普适性好的EP全回收策略,该策略使用市售的硼路易斯酸在温和条件下对EP中的C(sp3)-O键进行高效选择性断裂回收BPA,同时通过C(sp3)-N键的重构及羟基环化将EP中BPA之外的部分回收为多官能度环氧树脂单体。基于上述策略,EP实现了高达91%的质量回收率,其中BPA的产率和纯度分别达到96%和99%;AG80等多官能度环氧树脂单体的产率最高为96%,环氧值为0.43。该回收方法不仅适用于不同胺类、酸酐固化的环氧树脂,还可推广至废弃风电叶片用玻璃或碳纤维增强环氧树脂复合材料,以及高压互感器用灌注树脂复合物,在高效回收BPA的同时,还可无损回收复合材料中的玻璃纤维、碳纤维、硅微粉等填料。此外,反应过程所用溶剂可循环使用,所产生副产物均可回收,无二次污染。这为废弃环氧树脂及其复合材料的资源化利用提供了新途径。
该工作以“Full Recovery of Epoxy Resin Wastes into Bisphenol A and Epoxy Monomers via Lewis Acid”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。文章第一作者为四川大学化学学院博士研究生李晓辉,通讯作者为刘雪辉副研究员和吴刚教授。以上工作得到国家自然科学基金、四川省自然科学基金、中国博士后科学基金、中央高校基础研究和111引智计划的经费支持。
图1. EP的全回收过程及产物表征
图2. 废弃结构胶、高压互感器用灌装树脂、玻璃/碳纤维增强环氧树脂复合材料的回收
文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202422472