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  酸酐固化環氧樹脂憑借優異的絕緣性、機械強度和耐腐蝕性，早已成為電力設備領域的“核心材料”，廣泛應用于干式變壓器、高壓互感器、GIS開關等關鍵設備。從電網傳輸到風電發電，從配電設備到高端電氣封裝，其身影遍布電力產業鏈的各個環節，成為推動電力行業高質量發展的重要支撐。

  然而，隨著電力設備服役年限到期，一場不容忽視的環保挑戰悄然來臨。酸酐固化環氧樹脂固化后會形成穩定的三維交聯結構，不溶不熔、難以自然降解，這使得退役電力設備中的這類材料成為難以處理的固體廢棄物。目前，大量退役電力設備多采用填埋、焚燒等傳統方式處置，不僅會占用寶貴的土地資源，焚燒過程中還會釋放芳烴物質和有毒氣體，造成大氣與土壤污染；同時，材料中含有的碳纖維等“高價值資源”被浪費，形成“資源浪費+環境污染”的雙重困境。

  據測算，我國電力設備用酸酐固化環氧絕緣材料年用量達數萬噸，隨著設備迎來退役潮，這類固廢的產生量還將持續攀升。如何破解酸酐固化環氧樹脂退役后的環保處置與資源化回收難題，實現“高效回收、綠色利用”，既守護電力安全，也守住生態底線，已成為電力行業與環保領域亟待解決的重要課題。

  為此，清華大學吉巖副教授團隊聯合南方電網科學研究院團隊成功開發出一種室溫高效降解熱固性環氧樹脂的新方法。該方法可廣泛應用于各類酸酐固化環氧廢棄物處理，相比當前報道的依賴于高溫（130℃以上）或高壓的環氧樹脂化學降解方法。該方法具有較低的工業門檻，室溫回收無需熱源，設備要求低，后續產物的再交聯過程也與當前酯交換制備PET的工業化設備原理相同，為應對全球酸酐固化環氧材料退役潮提出了可行的化學手段，也填補了當前傳統環氧樹脂從材料到小分子再到材料的閉環回收的空白。

  2026年3月25日，該工作以“Ambient-Temperature Depolymerization and Closed-Loop Recycling of Waste Epoxy Thermosets”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者為清華大學化學系博士研究生張書涵，吉巖副教授為文章的通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金委支持。

一、熱固性環氧樹脂的室溫降解方案

  針對電力系統中廣泛使用的酸酐固化環氧樹脂，在本研究中，以1,5,7-三氮雜雙環 [4.4.0]癸烯-5-烯（TBD）為催化劑，熱固性環氧樹脂在30 °C的室溫下，在由甲醇和二氯甲烷組成的混合溶劑中，在最優條件下45分鐘內即可快速溶解。與同類型文獻報道結果相比，該方法在室溫下實現了相同甚至更快的降解速率（圖1b）。該方法也適用于其他含酯聚合物，為混合塑料廢棄物的一次性回收提供了簡易途徑。酯鍵廣泛存在于許多常用聚合物的分子結構中，包括聚酯纖維和工程塑料。在相同條件中，含酯鍵的商用塑料混合物可在15分鐘內完全溶解（圖1g）。該方法不僅適用于商用塑料，還可應用于前沿研究中開發的先進高分子材料，例如液晶彈性體（圖1h）。

圖1. 環氧熱固性樹脂的解聚過程及含酯非環氧塑料的溶解回收

二、復合材料及退役產品的室溫拆解回收

  環氧通常作為工業產品中的組成部分而非單獨使用。一旦其中某個組件損壞，整個產品將被丟棄，造成大量浪費。這一室溫降解方法可應用于選擇性溶解復合材料和相關產品中的環氧樹脂，從而回收各種高價值組分。碳纖維布的編織結構、化學結構及力學性能和原始碳纖維保持一致（圖2b、2c、2d）。在自制的模擬變壓器中環氧包覆的銅制線圈模型的回收以及電路板灌封膠擦除實驗中，對于銅絲和電路元件在回收樹脂后也未產生明顯損傷（圖2e、2f、2g）。

圖2. 環氧樹脂相關產品中環氧基體的降解及高值組分的無損回收

  研究還展示了該室溫降解方法在回收電力系統中廢舊零部件的應用，例如干式變壓器中用于澆鑄的塊狀環氧復合材料（圖3a）、服役50年的500 kV廢舊復合絕緣子芯棒（圖3b）以及換流變壓器閥側套管（圖3c）。在樹脂基體完全溶解后，可回收得到其中的非環氧組分，例如硅粉填料、玻璃纖維和絕緣皺紋紙。垃圾場中的報廢變壓器繞組也可通過該方法除去老化的澆鑄環氧，回收得到完整銅制繞組和鐵芯（圖3d），有望再次澆鑄使用。

圖3. 實際工業環氧相關產品和廢料的消化拆解處理及非環氧組分的回收

三、室溫降解產物的再交聯閉環回收

  廢舊環氧完全溶解后，溶劑和催化劑易于除去和回收。高昂的催化劑可以以87%的回收率回收并利用于再次催化解聚環氧樹脂，效率幾乎不變。除去溶劑和催化劑之后的降解產物可類比工業上利用酯交換法制備PET的原理和設備再交聯得到原始環氧樹脂，幾乎無質量損失，且網絡性能和材料各項力學和熱學性能與原始環氧樹脂相當（圖4a-d）。此外，若環氧樹脂合成配方中的環氧低聚物自身含有羥基（例如e44），這些羥基在解聚-再交聯循環后得以保留，得到的再生環氧材料可以作為vitrimer使用（圖4e、4f）。

圖4. 再交聯環氧樹脂及vitrimer的性能

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.75106