塑料廢棄物的不合理處理不僅帶來嚴峻的環(huán)境問題，還造成不可再生資源的巨大浪費，因此發(fā)展簡單高效的回收方式，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械、熱等作用導(dǎo)致再生塑料性能下降，多為降級回收；化學(xué)回收可以得到原料、低聚物及其他化學(xué)品，有望實現(xiàn)升級回收，但常常需要在高溫高壓下進行，導(dǎo)致產(chǎn)物組成較為復(fù)雜，實際利用率和附加價值較低。特別對于熱固性塑料而言，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。
針對這一難題，四川大學(xué)王玉忠院士團隊另辟蹊徑，利用熱固性樹脂本身的特性，并結(jié)合尺寸效應(yīng)，通過簡單物理方式成功實現(xiàn)了熱固性樹脂的升級回收。該方法簡單易行，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)測及信息存儲等多個領(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，只有放錯地方的寶藏”。該工作綜合了目前物理回收過程的簡便性和化學(xué)回收產(chǎn)品高值化的優(yōu)勢，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）通過簡單的堆積即可實現(xiàn)對簡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、玻璃纖維增強的環(huán)氧樹脂、橡膠粉、PE、PP、PA6等。分離通量可以達到57325 L m-2 h-1，分離效率為99%。另外，改性后的CEPs（HEPs）還可以對多種油包水乳液進行分離且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
圖1 CEPs用于簡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，所制得涂層的水接觸角為144.6°，粘附力為219 μN，可以用于表面儲水（50 μL）及水的定向運輸（170 μL）。當(dāng)選用PDMS粘合劑時，所得涂層的水接觸角為150.2°，粘附力為106 μN。當(dāng)水的體積達到為6 μL時，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)測及信息存儲
塊狀環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的耐酸堿腐蝕性，但是將其粉碎為細小的顆粒時，在遇到酸性液體（1s）或者氣體（5s）時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。同時，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，進而可應(yīng)用于NH3等堿性氣體的監(jiān)測。推測胺固化環(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等領(lǐng)域。
圖5 CEPs用于酸性液體/氣體監(jiān)測
圖6 CEPs用于信息存儲
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