廢棄高分子材料的循環(huán)回收已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)，但目前的研究主要集中于熱塑性高分子材料，對(duì)于具有穩(wěn)定交聯(lián)結(jié)構(gòu)的熱固性高分子材料的研究相對(duì)較少，并且所報(bào)道的方法大多不具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，目前更多的是將廢棄物通過填埋或焚燒的方式進(jìn)行處理，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。四川大學(xué)王玉忠院士團(tuán)隊(duì)自上個(gè)世紀(jì)90年代末就已經(jīng)開展了高分子材料循環(huán)利用的研究工作，在廢棄高分子材料降解催化劑設(shè)計(jì)與制備、回收方法及工藝、回收產(chǎn)品高值化利用等方面取得了系列研究成果，特別是針對(duì)因使用壽命長而被忽略的熱固性高分子材料，如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂等，前瞻性地開展了其升級(jí)回收研究，為即將大量退役的熱固性高分子材料回收利用奠定了基礎(chǔ)。近期，團(tuán)隊(duì)聚焦目前耐溫等級(jí)高的熱固性樹脂——熱固性聚酰亞胺，提出了一種溫和、高效的全回收策略，不僅實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)試劑、增強(qiáng)材料、基體樹脂的全回收，而且實(shí)現(xiàn)了樹脂降解產(chǎn)物的直接、全部、高值、可持續(xù)再利用，相關(guān)成果以“Upcycling Waste Thermosetting Polyimide Resins into High-Performance and Sustainable Low-temperature-resistance Adhesives”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上。第一作者為四川大學(xué)環(huán)保型高分子材料國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室的博士研究生陳好迪，通訊作者為劉雪輝副研究員和王玉忠院士。

熱固性聚酰亞胺是指分子主鏈結(jié)構(gòu)中含有酰亞胺環(huán)的一類高分子材料，固化后不溶、不熔，因具有優(yōu)異的耐熱性和力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事防御、武器裝備等領(lǐng)域，但穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)和芳雜環(huán)的共軛效應(yīng)使其廢棄后難以回收利用。本工作以乙醇胺為親核試劑，通過選擇性斷裂酰亞胺環(huán)中的C-N鍵，實(shí)現(xiàn)廢棄苯乙炔型聚酰亞胺樹脂及其復(fù)合材料的有效回收。研究發(fā)現(xiàn)，在該體系中存在兩種C-N鍵的斷裂方式，一種是僅斷裂酰亞胺環(huán)一側(cè)的C-N鍵；另一種是酰亞胺環(huán)兩側(cè)的C-N鍵均斷裂，使主鏈結(jié)構(gòu)斷裂（圖1）。兩種斷鍵方式在降解產(chǎn)物（DPETI）中引入了大量羥基、氨基以及酰胺鍵，這些活潑基團(tuán)賦予了DPETI優(yōu)異的粘附性及可反復(fù)循環(huán)使用性。在室溫下，粘結(jié)強(qiáng)度可達(dá)1.84 Mpa，優(yōu)于商用乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）和無定形聚α-烯烴（APAO）膠；在-196 ?C的極端條件下，DPETI的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)2.22 Mpa，且可穩(wěn)定使用超過10個(gè)循環(huán)，優(yōu)于目前報(bào)道的絕大多數(shù)耐低溫粘合劑（圖2）。分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果顯示，DPETI在低溫時(shí)的內(nèi)聚能及界面能均高于25°C時(shí)的值，因此DPETI的粘結(jié)強(qiáng)度隨著溫度的降低反而顯著增加。原子力顯微鏡進(jìn)一步監(jiān)測了DPETI與基材間的相互作用，變溫紅外則證明了DPETI中存在大量氫鍵，結(jié)果均與模擬結(jié)果吻合（圖3）。在碳纖維增強(qiáng)熱固性聚酰亞胺回收中，回收碳纖維表面干凈、無損傷且依然保持編織結(jié)構(gòu)，拉伸強(qiáng)度為原始纖維的96.8%（圖4）。該研究工作不僅為新材料的設(shè)計(jì)制備提供了新途徑，而且也為高分子材料的可持續(xù)發(fā)展提供了新思路。

圖1. DPETI的結(jié)構(gòu)分析及熱固性聚酰亞胺的降解機(jī)理

圖2. DPETI在室溫及低溫下的粘結(jié)性能

圖3. DPETI的粘附機(jī)理

圖4.?回收纖維的性能

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