聚合物材料已成为现代社会生产和日常生活中不可或缺的一部分,不仅为社会发展带来了便利,也推动了社会进步[1]。然而,随着聚合物材料的广泛使用,废弃聚合物产品造成的环境污染对人类社会的可持续发展和地球生态环境安全构成了严重威胁[2],[3]。这一问题长期以来一直受到全球关注。因为在自然环境中,大多数聚合物材料难以降解或降解速度极慢[4]。因此,当聚合物废弃物进入自然环境后,不仅会破坏土壤结构、影响植物生长,还会进入水体,对水生生态系统造成严重破坏,甚至通过食物链威胁人类健康[5]。为应对这一问题,世界各国纷纷出台了系列管理和控制政策[6],[7],特别是针对聚合物材料的应用和处置。目前,国际上主要采用的限制或禁止使用难以回收的聚合物材料产品、鼓励聚合物材料回收与处置以及采用可生物降解聚合物作为替代品的方法。其中,加强聚合物材料的回收与再生逐渐成为国际主流趋势。因为越来越多的团体和个人认识到,材料回收不仅是解决因无序使用和不当处置造成的污染和废物问题的有效策略,还有助于构建非可再生资源的可持续闭环利用体系[8],[9],[10],[11],[12],[13],[14],[15]。
聚酰胺是近年来增长最快的通用工程塑料之一,具有产量大、用途广泛的特点。主要包括聚酰胺6(PA6)、聚酰胺66和聚酰胺46,可用于生产纤维、薄膜和工程塑料制品。如今,聚酰胺已成为服装、汽车、电子设备、轨道交通和航空航天等领域的重要基础材料。然而,大多数聚酰胺产品极易燃,火焰飞溅时可能迅速蔓延火势,带来重大火灾隐患。为解决这一隐患,通常通过熔融加工在聚酰胺基体中添加高价值化学品(如溴化聚苯乙烯(BPS)、三氧化二锑(Sb2O3)和乙二醛铝等阻燃剂,以制造符合各种制造领域消防安全要求的阻燃聚酰胺材料[16],[17],[18],[19]。其中,BPS/Sb2O3被认为是适用于电子设备的理想阻燃方案,因为这种电中性的非离子体系既能保持基体的固有电绝缘性能和机械性能,又能显著提升材料的消防安全性能。因此,为避免资源浪费,聚酰胺材料的回收包括基体树脂的回收以及引入特定功能添加剂(如BPS和Sb2O3)以满足特定应用需求[20],[21],[22],[23],[24]。
随着世界各国对资源循环可持续发展的重视,开发用于汽车、电子设备、轨道交通和航空航天等领域的阻燃聚酰胺材料的回收技术,以及高效解决阻燃聚酰胺废弃物的回收挑战,已成为支持聚酰胺产业高质量可持续发展的关键。阻燃聚酰胺材料的回收方法主要分为两类:(1)机械粉碎后熔融再加工的物理回收方法[25],[26],[27],[28];(2)化学分解后组分分离的化学回收方法[29],[30],[31],[32],[33]。前者实施过程简单,但循环利用可控性较差;后者技术难度较高,但循环利用可控性较好。目前关于通过化学水解和组分分离回收阻燃聚酰胺材料的报道较少,更多研究集中在纯聚酰胺的单一回收上[34],[35],[36],[37],[38],[39]。尽管这些研究具有重要意义,但仍需进一步探索阻燃聚酰胺材料回收的理想方案,包括添加剂对聚酰胺水解机制的影响、水解后组分的分离与纯化、回收过程中的添加剂循环稳定性和再生可行性等方面。
为此,本文提出了一种综合回收策略,包括基体水解、溶解分离和化学再生,应用于一种商业可行的阻燃PA6复合材料的分组分离与回收研究。该复合材料由PA6颗粒与玻璃纤维、BPS、Sb2O3及少量抗氧化剂熔融混合制成。PA6基体以氨基己酸寡聚物的形式回收,Sb2O3通过反应性溶解和重沉淀实现化学再生,而BPS因其在中性酸中的优异化学稳定性而直接通过溶剂溶解分离回收。二次应用评估和回收验证表明,回收的BPS(Re-BPS)在化学结构和应用性能方面表现出优异的循环稳定性。这为资源再生和循环经济的创新发展提供了新的思路和实用范例。