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，對于具有穩定交聯(lián)結構的熱固性高分子材料的研究相對較少，并且所報道的方法大多不具有經(jīng)濟價(jià)值，目前更多的是將廢棄物通過(guò)填埋或焚燒的方式進(jìn)行處理，造成了嚴重的資源浪費和環(huán)境污染。四川大學(xué)王玉忠院士團隊自上個(gè)世紀90年代末就已經(jīng)開(kāi)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計與制備、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，特別是針對因使用壽命長(cháng)而被忽略的熱固性高分子材料，如不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等，前瞻性地開(kāi)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。近期，團隊聚焦目前耐溫等級高的熱固性樹(shù)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)現了反應試劑、增強材料、基體樹(shù)脂的全回收，而且實(shí)現了樹(shù)脂降解產(chǎn)物的直接、全部、高值、可持續再利用，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構中含有酰亞胺環(huán)的一類(lèi)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，廣泛應用于航空航天、軍事防御、武器裝備等領(lǐng)域，但穩定的交聯(lián)結構和芳雜環(huán)的共軛效應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(guò)選擇性斷裂酰亞胺環(huán)中的C-N鍵，實(shí)現廢棄苯乙炔型聚酰亞胺樹(shù)脂及其復合材料的有效回收。研究發(fā)現，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)一側的C-N鍵；另一種是酰亞胺環(huán)兩側的C-N鍵均斷裂，使主鏈結構斷裂（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，這些活潑基團賦予了DPETI優(yōu)異的粘附性及可反復循環(huán)使用性。在室溫下，粘結強度可達1.84 Mpa，優(yōu)于商用乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）和無(wú)定形聚α-烯烴（APAO）膠；在-196 ?C的極端條件下，DPETI的粘結強度達2.22 Mpa，且可穩定使用超過(guò)10個(gè)循環(huán)，優(yōu)于目前報道的絕大多數耐低溫粘合劑（圖2）。分子動(dòng)力學(xué)模擬結果顯示，DPETI在低溫時(shí)的內聚能及界面能均高于25°C時(shí)的值，因此DPETI的粘結強度隨著(zhù)溫度的降低反而顯著(zhù)增加。原子力顯微鏡進(jìn)一步監測了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，結果均與模擬結果吻合（圖3）。在碳纖維增強熱固性聚酰亞胺回收中，回收碳纖維表面干凈、無(wú)損傷且依然保持編織結構，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計制備提供了新途徑，而且也為高分子材料的可持續發(fā)展提供了新思路。

圖1. DPETI的結構分析及熱固性聚酰亞胺的降解機理

圖2. DPETI在室溫及低溫下的粘結性能

圖3. DPETI的粘附機理

圖4.?回收纖維的性能

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