塑料廢棄物的不合理處理不僅帶來嚴(yán)峻的環(huán)境問題,還造成不可再生資源的巨大浪費(fèi),因此發(fā)展簡(jiǎn)單高效的回收方式,將塑料廢棄物高值化利用具有重要的意義。目前物理回收和化學(xué)回收備受關(guān)注,然而物理回收過程中常由于機(jī)械、熱等作用導(dǎo)致再生塑料性能下降,多為降級(jí)回收;化學(xué)回收可以得到原料、低聚物及其他化學(xué)品,有望實(shí)現(xiàn)升級(jí)回收,但常常需要在高溫高壓下進(jìn)行,導(dǎo)致產(chǎn)物組成較為復(fù)雜,實(shí)際利用率和附加價(jià)值較低。特別對(duì)于熱固性塑料而言,其穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增加了回收難度,是目前塑料廢棄物回收領(lǐng)域面臨的瓶頸問題。
針對(duì)這一難題,四川大學(xué)王玉忠院士團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑,利用熱固性樹脂本身的特性,并結(jié)合尺寸效應(yīng),通過簡(jiǎn)單物理方式成功實(shí)現(xiàn)了熱固性樹脂的升級(jí)回收。該方法簡(jiǎn)單易行,僅通過樹脂的粉碎和顆粒的再組裝,在不破壞樹脂化學(xué)鍵的情況下,即可制備得到多種功能材料,應(yīng)用于油水分離、不同粘附力的疏水涂層、酸性液體/氣體監(jiān)測(cè)及信息存儲(chǔ)等多個(gè)領(lǐng)域。且該方法具有通用性,不僅適用于熱固性塑料,也適用于熱塑性塑料。正如意大利詩人但丁所言 “世上沒有垃圾,只有放錯(cuò)地方的寶藏”。該工作綜合了目前物理回收過程的簡(jiǎn)便性和化學(xué)回收產(chǎn)品高值化的優(yōu)勢(shì),為塑料廢棄物的循環(huán)利用提供了新的思路與借鑒。相關(guān)研究成果以 “Multiple Functional Materials from Crushing Waste Thermosetting Resins”為題發(fā)表在國際知名期刊Materials Horizons上。論文的第一作者為博士研究生劉雪輝,通訊作者為王玉忠院士和徐世美教授。
功能一:油水混合物分離
熱固性環(huán)氧樹脂顆粒(CEPs)通過簡(jiǎn)單的堆積即可實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)單油水混合物的分離,這種再利用方式同樣適用于其他的廢棄物,如熱固性不飽和聚酯、玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂、橡膠粉、PE、PP、PA6等。分離通量可以達(dá)到57325 L m-2 h-1,分離效率為99%。另外,改性后的CEPs(HEPs)還可以對(duì)多種油包水乳液進(jìn)行分離且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
圖1 CEPs用于簡(jiǎn)單油水混合物的分離
圖2 HEPs用于乳液分離
功能二:疏水涂層
CEPs可用于疏水性微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑,與不同的粘合劑相結(jié)合,可以制備粘附力不同的疏水涂層。當(dāng)選用環(huán)氧樹脂粘合劑時(shí),所制得涂層的水接觸角為144.6°,粘附力為219 μN(yùn),可以用于表面儲(chǔ)水(50 μL)及水的定向運(yùn)輸(170 μL)。當(dāng)選用PDMS粘合劑時(shí),所得涂層的水接觸角為150.2°,粘附力為106 μN(yùn)。當(dāng)水的體積達(dá)到為6 μL時(shí),即可從傾斜的表面滾落,可用于水的收集。
圖3 CEPs與環(huán)氧樹脂粘合劑結(jié)合制備的高粘附力疏水涂層及其應(yīng)用
圖4 CEPs與PDMS粘合劑結(jié)合制備的低粘附力疏水涂層及其應(yīng)用
功能三:酸監(jiān)測(cè)及信息存儲(chǔ)
塊狀環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的耐酸堿腐蝕性,但是將其粉碎為細(xì)小的顆粒時(shí),在遇到酸性液體(1s)或者氣體(5s)時(shí)即可顯示裸眼可見的顏色變化,從而應(yīng)用于酸性液體/氣體的監(jiān)測(cè)。同時(shí),這種顏色的變化是可逆的:當(dāng)遇到堿性溶液/氣體,CEPs涂層又恢復(fù)到原來的顏色,進(jìn)而可應(yīng)用于NH3等堿性氣體的監(jiān)測(cè)。推測(cè)胺固化環(huán)氧樹脂的這種響應(yīng)性變色是由于質(zhì)子化導(dǎo)致的,而酸酐類固化的環(huán)氧樹脂則不具有這種響應(yīng)變色行為,因此將這兩種樹脂結(jié)合可以用于信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域。
圖5 CEPs用于酸性液體/氣體監(jiān)測(cè)
圖6 CEPs用于信息存儲(chǔ)
全文鏈接:
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh01053g#!divAbstract