熱固性樹脂及其復合材料的閉環化學回收進展
傳統的熱固性樹脂是不熔不溶的共價交聯聚合物,廢棄后難以回收和再利用。近年來,通過降解技術和可逆化學(或動態化學)的創新,新型熱固性樹脂實現了閉環回收,并在復合材料、3D打印材料等領域得到了應用。這篇綜述申,實現新型熱固性樹脂及其下游材料閉環回收的方法分為兩種。一種是在酸性、堿性或催化劑溶液中水解熱固性樹脂,然后回收單體或低聚物,這些單體或低聚物可以重復使用制備熱固性材料或其功能材料。另一種是通過動態鍵的交換應對熱固性樹脂進行解交聯和重新交聯。近年來,各種可剝離(或動態)鍵,如酯鍵、縮醛鍵、席夫堿、二硫鍵、六氫三嗪結構、硼酸酯鍵等已被用于制備閉環可回收的熱固性樹脂,其閉環回收機理也已得到充分論證。采用水解閉環循環的策略,回收的熱固性樹脂具有與原始樹脂相同的結構和性能。然而,降解過程很大程度上取決于樹脂的潤濕性、溶液或催化劑的 pH 值,以及如何提高單體回收率(是否可以達到~100%)仍然是一個挑戰。當熱固性樹脂通過動態反應閉環回收時,理想的回收率為100%;但回收必須在高溫下進行,回收樹脂的性能必然會比原來的熱固性樹脂差。
近日,中科院寧波材料所馬松琪、朱錦研究員團隊在《Green Chemistry》期刊上發表了題為“Closed-loop chemical recycling of thermosetting polymers and their applications: a review”的綜述文章(DOI: 10.1039/d2gc00368f)
該綜述對熱固性樹脂的閉環回收及其應用領域進行了概述與聚焦。熱固性樹脂的閉環回收分為兩類(圖1):(i) 在特定條件下(酸性、堿性或催化劑溶液),熱固性樹脂水解成單體或有價值的低聚物,可重復用于制備熱固性材料或其功能材料。(ii) 含有動態鍵的熱固性樹脂可以通過與反應性小分子(或溶劑)的交換反應而降解。在高溫下,隨著反應性溶劑的揮發,降解產物將發生交換反應,重新形成交聯網絡。

圖1 熱固性樹脂的閉環化學回收路徑
該綜述對每種動態鍵,如酯鍵、縮醛、席夫堿、二硫鍵、六氫三嗪結構、硼酸酯鍵等可裂解鍵或結構鍵,的研究進展進行了總結和討論,并闡述了熱固性樹脂的閉環回收機理。此外,還總結了熱固性樹脂的閉環回收法在復合材料(圖2)、3D打印材料和電子封裝材料中的應用。后,還對該領域的未來發展趨勢進行了結論與強調。

圖2 碳纖維增強熱固性樹脂基復合材料的閉環回收










































