侯相林、邓天昇团队在环氧乙烯基酯树脂及其复合材料化学解聚方面取得进展

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环氧乙烯基酯树脂（VER）是国际公认的高度耐腐蚀树脂，广泛应用于化工容器、管道内壁、船舶等高强度、耐腐蚀的化学环境中。废弃热固性环氧乙烯基酯树脂由于其特殊的三维网状结构，难以在自然界中降解。大量废弃乙烯基树脂及其复合材料无法得到有效处理，不仅造成资源浪费，而且会产生严重的陆地和海洋污染问题。化学回收方法因其回收条件温和、回收率高，成为目前最有效的回收方法。但是环氧乙烯基酯树脂的交联度高，酯键密度低，并且含有耐溶剂的聚苯乙烯链段，因此与其他热固性树脂相比，其化学解聚更为困难。在较高的温度和催化剂浓度下，树脂中的化学键无规断裂生成复杂的小分子化合物，不利于降解产物的资源化利用。而将环氧乙烯基酯树脂进行选择性断键，制备高附加值热塑性树脂材料的方法还未见报道。

　　中国科学院山西煤化所山西省生物炼制工程技术中心侯相林、邓天昇团队通过反应溶剂及催化剂的适配，使用γ-戊内酯-水/对甲苯磺酸体系高效降解环氧乙烯基酯树脂及其复合材料，选择性断裂树脂中的酯键，实现环氧乙烯基酯树脂的可控化学降解及高附加值降解产物的回收。其中，双亲的对甲苯磺酸催化剂与树脂的亲和性好，容易扩散进入树脂本体并催化树脂中酯键断裂，同时将水带入树脂本体；水作为反应物使酯键发生水解；γ-戊内酯是一种绿色溶剂，对树脂的溶胀作用好，并能进一步促进水和对甲苯磺酸催化剂在树脂内的传质。树脂降解产物主要为苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物（SMAA）和双酚A二甘油醚两种热塑性树脂材料，SMAA具有优良的耐油性和耐水性，双酚A二甘油醚可以用于合成聚氨酯等热固性树脂材料。从复合材料中回收玻璃纤维的拉伸强度保留了原纤维强度的95.9%。该降解体系可循环使用，而且对不饱和聚酯树脂（UPR）的化学降解同样有效，具有工业化应用前景。该成果近期发表于《废物管理》（Waste Management, 2023, 155, 260-268; DOI: 10.1016/j.wasman.2022.11.010）。团队在环氧乙烯基酯树脂化学解聚及产物再利用方面已申请3项国家发明专利，其中两项获得授权（一种催化降解环氧乙烯基树脂的方法，ZL 202011444385.2，一种微波降解环氧乙烯基树脂的方法ZL 202011444352.8，一种新型聚氨酯材料及其制备方法，CN 202111262805.X）。该工作得到了国家自然科学基金（No. 21774139），山西省重点研发计划项目(No. 202102040201009)，山西省“1331计划”项目和燃料清洁化及高效催化减排技术北京市重点实验室开放课题的资助与支持。
         


          文章来源：山西煤化所
       侯相林，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员。清华大学学士，中国科学院山西煤炭化学研究所博士，澳大利亚墨尔本大学访问学者。现任山西煤化所研究员，科技开发处处长，《日用化学工业》及《日用化学品科学》编委，山西省评标专家库专家，中国化工学会化学工程委员会超临界流体技术学组委员等。
       邓天昇， 男， 副研究员，于哈尔滨工业大学获得工学学士学位，于浙江大学从事化工热力学和动力学方面的研究，并获得硕士学位。2005年在中科院山西煤炭化学研究所工作，主要从事生物质资源催化转化方面的研究；于中国科学院研究生院攻读博士学位，从事纤维素催化定向催化转化制备5-羟甲基糠醛的研究工作，并于2012年获得博士学位。现于中国科学院山西煤炭化学研究主要从事含氧碳源的新型催化反应的研究工作。已发表论文10余篇，申报国家发明专利20余篇，其中授权18篇。