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王玉忠院士团队在热固性环氧树脂回收领域取得重要进展

访问量: 2020-03-10

废弃高分子材料导致的环境污染和资源浪费近年来引起了全球的广泛关注,然而由于缺乏有效的循环利用技术,目前塑料回收率不足10%,而热固性树脂因具有致密的三维网络结构,难溶难融,且难以被降解,其回收利用更是亟待解决的难点问题。目前报道多是在高温高压下将环氧树脂降解为小分子,由于反应选择性差,导致产物组成复杂而难以被利用。

四川大学环保型高分子材料国家地方联合工程实验室王玉忠课题组设计了一种绿色、温和、高效的闭环回收新方法,成功实现了酸酐固化环氧树脂(MER)的循环利用(图1)。就环氧树脂的回收利用而言,为实现环氧树脂的解聚需找到打开其交联点的 “钥匙”,而为实现产物的再利用则需赋予产物较多的活性基团,课题组发现二乙烯三胺(DETA) 多功能催化体系可同时满足以上两点要求:通过胺解反应选择性地断裂MER中酯键,在小于130℃时即可达到99%的降解率(图2)。环氧树脂被降解后转化为含有酰胺基团的低聚物,该降解产物与未反应完的DETA均可与新环氧树脂发生交联固化,所以降解液不经分离纯化,即可以直接与环氧混合,制备高模量、高热稳定性的再生环氧树脂(图3),实现了环氧树脂的闭环回收。由于该体系在降解后所有产物均直接被应用制备新材料,所以该回收工艺无副产物,无二次污染,过程简单,真正实现了酸酐固化环氧树脂的绿色回收。该研究为热固性树脂回收利用提供了新的思路。

图1 酸酐固化环氧树脂的闭环回收示意图

 

图2(a)MER的化学结构和胺解机理;(b)DETA催化降解环氧树脂示意图

 

图3不同降解液(rER)含量对再固化树脂的动态热机械性能的影响,(a)储能模量G’和损耗因子;(b) TGA曲线

 

以上研究结果以论文形式发表在国际期刊Green Chemistry上,论文题目为“A fast and mild closed-loop recycling of anhydride-cured epoxy through microwave-assisted catalytic degradation by trifunctional amine and subsequent reuse without separation”。该论文第一作者为硕士研究生赵旭,通讯作者为徐世美教授。

 

原文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/gc/c9gc00685k

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