高科技復合材料降解獲可控突破

科學導報訊 記者耿倩 10月20日，記者從中科院山西煤炭化學研究所（以下簡稱山西煤化所）獲悉，由該所侯相林研究員帶領(lǐng)的研究團隊提出的選擇性斷鍵降解回收熱固性樹脂的新思路，并利用配位不飽和或弱配位的金屬離子選擇性地斷裂樹脂化學鍵，實現(xiàn)了熱固性樹脂基復合材料的高效降解和全成分回收。

纖維增強熱固性樹脂復合材料，特別是碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料及玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂復合材料，廣泛應用于航空、航天、汽車、船舶、電路板、風電等領(lǐng)域。熱固性樹脂基復合材料的回收方式主要包括機械回收、熱回收和化學回收，其中化學回收是最具開發(fā)前景的回收手段。目前，化學回收主要是利用高溫或強氧化劑非選擇性地破壞樹脂基體的化學結(jié)構(gòu)，得到小分子降解產(chǎn)物和增強纖維，其降解產(chǎn)物成分復雜，難以循環(huán)利用，而且對纖維損傷嚴重。

侯相林研究團隊利用水相體系配位不飽和的鋅離子選擇性地斷裂環(huán)氧樹脂的碳氮鍵（C-N鍵），實現(xiàn)了碳纖維增強環(huán)氧樹脂的高效降解及循環(huán)利用；利用弱配位的鋁離子選擇性斷裂酯鍵，實現(xiàn)了玻璃纖維增強不飽和基質(zhì)樹脂（俗稱玻璃鋼）的降解回收。

熱固性樹脂由于其不溶不熔的三維立體結(jié)構(gòu)，導致其回收利用十分困難。經(jīng)濟綠色地打開熱固性樹脂中穩(wěn)固的C-N鍵以及C-O鍵是目前催化及環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點。選擇性斷鍵的挑戰(zhàn)在于選擇性地活化反應活性位，配位不飽和或者弱配位金屬離子具有強烈絡(luò)合傾向，容易與樹脂中雜原子發(fā)生相互作用，弱化碳雜原子鍵，進而催化其選擇性斷裂。這項研究對回收纖維的損傷小，選擇性的斷裂化學鍵使得基體降解產(chǎn)物組成單一，有利于再次利用。