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热固性树脂及其复合材料的闭环化学回收进展

   日期:2022-07-25     来源:工匠聊材料    浏览:569    评论:0    
核心提示:传统的热固性树脂是不熔不溶的共价交联聚合物,废弃后难以回收和再利用。近年来,通过降解技术和可逆化学(或动态化学)的创新,
  传统的热固性树脂是不熔不溶的共价交联聚合物,废弃后难以回收和再利用。近年来,通过降解技术和可逆化学(或动态化学)的创新,新型热固性树脂实现了闭环回收,并在复合材料、3D打印材料等领域得到了应用。这篇综述申,实现新型热固性树脂及其下游材料闭环回收的方法分为两种。一种是在酸性、碱性或催化剂溶液中水解热固性树脂,然后回收单体或低聚物,这些单体或低聚物可以重复使用制备热固性材料或其功能材料。另一种是通过动态键的交换应对热固性树脂进行解交联和重新交联。近年来,各种可剥离(或动态)键,如酯键、缩醛键、席夫碱、二硫键、六氢三嗪结构、硼酸酯键等已被用于制备闭环可回收的热固性树脂,其闭环回收机理也已得到充分论证。采用水解闭环循环的策略,回收的热固性树脂具有与原始树脂相同的结构和性能。然而,降解过程很大程度上取决于树脂的润湿性、溶液或催化剂的 pH 值,以及如何提高单体回收率(是否可以达到~100%)仍然是一个挑战。当热固性树脂通过动态反应闭环回收时,理想的回收率为100%;但回收必须在高温下进行,回收树脂的性能必然会比原来的热固性树脂差。

 
近日,中科院宁波材料所马松琪、朱锦研究员团队在《Green Chemistry》期刊上发表了题为“Closed-loop chemical recycling of thermosetting polymers and their applications: a review的综述文章

该综述对热固性树脂的闭环回收及其应用领域进行了概述与聚焦。热固性树脂的闭环回收分为两类(图1):(i) 在特定条件下(酸性、碱性或催化剂溶液),热固性树脂水解成单体或有价值的低聚物,可重复用于制备热固性材料或其功能材料。(ii) 含有动态键的热固性树脂可以通过与反应性小分子(或溶剂)的交换反应而降解。在高温下,随着反应性溶剂的挥发,降解产物将发生交换反应,重新形成交联网络。


图1 热固性树脂的闭环化学回收路径

该综述对每种动态键,如酯键、缩醛、席夫碱、二硫键、六氢三嗪结构、硼酸酯键等可裂解键或结构键,的研究进展进行了总结和讨论,并阐述了热固性树脂的闭环回收机理。此外,还总结了热固性树脂的闭环回收法在复合材料(图2)、3D打印材料和电子封装材料中的应用。后,还对该领域的未来发展趋势进行了结论与强调


图2 碳纤维增强热固性树脂基复合材料的闭环回收

 
 
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