山西煤化所在密胺樹脂化無毒降解回收方面取得進展

三聚氰胺甲醛樹脂簡稱三聚氰胺樹脂,又稱密胺甲醛樹脂或密胺樹脂,是一種重要的三嗪環化合物。廢舊的MFRs作為固體廢物不但會佔用大量的生產生活用地,更會由於其難以降解的特性對環境產生嚴重的影響。

三聚氰胺甲醛樹脂(MFRs)簡稱三聚氰胺樹脂,又稱密胺甲醛樹脂或密胺樹脂,是一種重要的三嗪環化合物。近十年來,隨著速食行業的快速發展,MFRs由於其輕巧美觀、經久耐用、不易碎等效能,被廣泛應用於餐飲業及兒童飲食業等。廢舊的MFRs作為固體廢物不但會佔用大量的生產生活用地,更會由於其難以降解的特性對環境產生嚴重的影響。化學回收條件相對溫和,通過精細調節溶劑體系可以選擇性打開樹脂中的某些化學鍵,降解產物主要是樹脂基體解聚產物(單體及其衍生物),可重新回收利用,而且可以避免熱解過程中產生的劇毒小分子。

廢舊的MFRs如果不能得到有效的處理,作為固體廢物不但會佔用大量的生產生活用地,更會由於其難以降解的特性對環境產生嚴重的影響。現時,廢棄高分子的回收方法的研究主要有機械回收、熱解回收和化學回收。機械回收的方法主要將高分子研磨粉碎,作為填充劑添加到新材料中以增强資料的機械效能,工藝簡單,通用性好,但是應用面窄,經濟價值不高。熱回收方法主要將高分子聚合物通過熱解的管道將其轉變為小分子,但熱回收不適合用於MFRs廢棄物的處理,因為其中的化學鍵會在高溫的作用下無規斷裂重組,這樣會生成大量的氫氰酸等劇毒物質,給人類的健康和環境帶來極大的威脅和破壞。

化學回收條件相對溫和,通過精細調節溶降解體系可以選擇性打開樹脂中的某些化學鍵,降解產物主要是樹脂基體解聚產物(單體及其衍生物),可重新回收利用,而且可以避免熱解過程中產生的劇毒小分子。囙此化學回收法是一種綠色經濟地處理高分子廢棄物方法。但是由於MFRs樹脂結構單元三嗪環獨特的多官能度和芳香性,使得MFRs樹脂分子剛性大,交聯度大,不易溶脹和降解。

山西煤化所山西省生物煉製工程技術研究中心侯相林、鄧天昇團隊針對MFRs樹脂結構特性,設計了甲磺酸-四氫呋喃-水的高效降解體系,實現了MFRs樹脂催化降解為三聚氰酸的定向解聚(降解比例高於84%)。通過SEM探究了催化體系與樹脂表面的相互作用,利用NMR和IR定量分析了反應過程中的中間產物和最終產品,最終確定分子中選擇性斷鍵的化學鍵位置,為探究MFRs的降解路徑提供了直接證據;選擇同樣含有三嗪環的三聚氰胺作為模型化合物,具體探究了模型化合物隨著溫度和時間的變化,基本探明了MFRs催化降解的路徑,揭示了其催化反應機理。最終產物三聚氰酸可作為有機合成原料,重新用於合成樹脂、高分子材料改性劑和藥物鹵三羥嗪的生產等(Green Chem. 2021,DOI: 10.1039/d1gc02478g)。

團隊在密胺樹脂選擇性斷鍵降解方面已申請6項國家發明專利(CN202010682908.0,CN202010682948.5,CN202010683067.5,CN202010682256.0,CN202010682086.6,CN202010682136.0)。該工作得到了國家自然科學基金(No.21774139),山西省自然科學基金(No.201901D111006ZD)和山西省“1331計畫”項目的資助與支持。

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