四川大学王玉忠院士团队 Angew：废弃环氧树脂及其复合材料的高效全回收

2025-03-02 来源：高分子科技

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。通过选择性且完全断裂EP中某类化学键回收组成简单的小分子化合物是一种很有前景的回收方法。目前，虽然已有少数工作（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）报道，可以通过选择性断裂EP中的C(sp³)-O键回收双酚A（BPA），但还面临催化剂昂贵、分离工艺复杂、BPA产率较低以及树脂中BPA之外部分尚未有效利用等挑战与问题。

图1. 通过路易斯酸将EP全回收为BPA和环氧单体

近期，四川大学王玉忠院士团队开发了一种简单、温和、高效且普适性好的全回收策略，即使用市售的廉价路易斯酸在温和条件下对EP中的C(sp³)-O键进行选择性断裂高效回收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（AG80等）。通过质量衡算，EP的质量回收率高达91%，其中BPA产率最高为96%，纯度为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、酸酐固化的纯环氧树脂，还可推广至废弃的风电叶片用玻璃/碳纤维增强环氧树脂复合材料与高压互感器用灌注树脂，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。该全回收策略无二次污染，其反应过程所用溶剂可循环使用，所产生副产物均可以回收，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。第一作者为四川大学环保型高分子材料国家地方联合工程实验室的博士研究生李晓辉，通讯作者为刘雪辉副研究员和吴刚教授。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图2. EP的全回收过程及产物表征

图3. 从不同固化剂固化的EP中回收BPA

图4. 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

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202422472

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（责任编辑：xu）

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