廢棄高分子材料的迴圈回收已成為全球關(guān)注的熱點，但目前的研究主要集中於熱塑性高分子材料，對於具有穩(wěn)定交聯(lián)結(jié)構(gòu)的熱固性高分子材料的研究相對較少，並且所報導(dǎo)的方法大多不具有經(jīng)濟價值，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)重的資源浪費和環(huán)境污染。四川大學(xué)王玉忠院士團隊自上個世紀(jì)90年代末就已經(jīng)開展了高分子材料迴圈利用的研究工作，在廢棄高分子材料降解催化劑設(shè)計與製備、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，團隊聚焦目前耐溫等級高的熱固性樹脂——熱固性聚醯亞胺，提出了一種溫和、高效的全回收策略，不僅實現(xiàn)了反應(yīng)試劑、增強材料、基體樹脂的全回收，而且實現(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)合工程實驗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。

熱固性聚醯亞胺是指分子主鏈結(jié)構(gòu)中含有醯亞胺環(huán)的一類高分子材料，固化後不溶、不熔，因具有優(yōu)異的耐熱性和力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用於航空航太、軍事防禦、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)使其廢棄後難以回收利用。本工作以乙醇胺為親核試劑，通過選擇性斷裂醯亞胺環(huán)中的C-N鍵，實現(xiàn)廢棄苯乙炔型聚醯亞胺樹脂及其複合材料的有效回收。研究發(fā)現(xiàn)，在該體系中存在兩種C-N鍵的斷裂方式，一種是僅斷裂醯亞胺環(huán)一側(cè)的C-N鍵；另一種是醯亞胺環(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、氨基以及醯胺鍵，這些活潑基團賦予了DPETI優(yōu)異的粘附性及可反復(fù)迴圈使用性。在室溫下，粘結(jié)強度可達(dá)1.84 Mpa，優(yōu)於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)強度達(dá)2.22 Mpa，且可穩(wěn)定使用超過10個迴圈，優(yōu)於目前報導(dǎo)的絕大多數(shù)耐低溫粘合劑（圖2）。分子動力學(xué)類比結(jié)果顯示，DPETI在低溫時的內(nèi)聚能及介面能均高於25°C時的值，因此DPETI的粘結(jié)強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）。在碳纖維增強熱固性聚醯亞胺回收中，回收碳纖維表面乾淨(jìng)、無損傷且依然保持編織結(jié)構(gòu)，拉伸強度為原始纖維的96.8%（圖4）。該研究工作不僅為新材料的設(shè)計製備提供了新途徑，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)分析及熱固性聚醯亞胺的降解機理

圖2. DPETI在室溫及低溫下的粘結(jié)性能

圖3. DPETI的粘附機理

圖4.?回收纖維的性能

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