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四川大學王玉忠院士團隊 Angew：廢棄環氧樹脂及其復合材料的高效全回收

2025-03-02 來源：高分子科技

穩定的三維交聯結構賦予了環氧樹脂（EP）優異的機械性能和化學穩定性，但其不溶、不熔的特性使其回收利用十分困難。通過熱解、氧化等方式可將EP轉化為小分子化學品、低聚物或者新材料，但是回收產物組成復雜，再利用領域有限。通過選擇性且完全斷裂EP中某類化學鍵回收組成簡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）報道，可以通過選擇性斷裂EP中的C(sp³)-O鍵回收雙酚A（BPA），但還面臨催化劑昂貴、分離工藝復雜、BPA產率較低以及樹脂中BPA之外部分尚未有效利用等挑戰與問題。

圖1. 通過路易斯酸將EP全回收為BPA和環氧單體

近期，四川大學王玉忠院士團隊開發了一種簡單、溫和、高效且普適性好的全回收策略，即使用市售的廉價路易斯酸在溫和條件下對EP中的C(sp³)-O鍵進行選擇性斷裂高效回收BPA，同時通過C(sp³)-N鍵的重構及羥基環化將EP中BPA之外的部分回收為多官能度環氧樹脂單體（AG80等）。通過質量衡算，EP的質量回收率高達91%，其中BPA產率最高為96%，純度為99%；AG80等多官能度環氧樹脂單體的產率最高為96%，環氧值為0.43。該回收方法不僅適用于不同胺類、酸酐固化的純環氧樹脂，還可推廣至廢棄的風電葉片用玻璃/碳纖維增強環氧樹脂復合材料與高壓互感器用灌注樹脂，在高效回收BPA的同時，還可無損回收復合材料中的玻璃纖維、碳纖維、硅微粉等填料。該全回收策略無二次污染，其反應過程所用溶劑可循環使用，所產生副產物均可以回收，這為廢棄環氧樹脂及其復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”為題發表在《Angewandte Chemie International Edition》上。第一作者為四川大學環保型高分子材料國家地方聯合工程實驗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。該研究得到國家自然科學基金委的支持。

圖2. EP的全回收過程及產物表征

圖3. 從不同固化劑固化的EP中回收BPA

圖4. 廢棄結構膠、高壓互感器用灌裝樹脂、玻璃/碳纖維增強環氧樹脂復合材料的回收

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

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（責任編輯：xu）

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