Химики из Дании применили фосфиновый комплекс рутения для деполимеризации композитных материалов на основе эпоксидной смолы. С помощью этого комплекса ученым удалось переработать фрагмент лопасти ветрогенератора и кусок ламината, а затем выделить из реакционной смеси чистые мономеры и другие составляющие исходных материалов.

Исследование опубликовано в Nature.

Эпоксиды — это органические соединения, в структуре которых есть трехчленный цикл из двух атомов углерода и одного атома кислорода. Эти соединения легко реагируют с нуклеофилами — например, аминами и спиртами. И благодаря этому из них удобно получать прочные и стойкие эпоксидные смолы, из которых делают композиты, защитные покрытия, клеи и другие ценные материалы.

Недостаток материалов на основе эпоксидных смол в том, что ученые не умеют их перерабатывать. Обычно их либо сжигают, либо измельчают и закапывают. А научиться разлагать эпоксидные полимеры на мономеры — сложная и нерешенная задача для химиков.

Но недавно к решению этой задачи приблизились химики под руководством Александра Аренса (Alexander Ahrens) из Орхусского университета. Они обнаружили, что продукты двухкратного присоединения бисфенола А к эпихлоргидрину (исходному эпоксиду) разлагаются с образованием исходного фенола в присутствии фосфинового комплекса рутения и изопропанола. А затем ученые показали, что этот метод работает не только для димеров, но и для полимеров на основе бисфенола А.

Схема реакции деполимеризации с помощью рутениевого комплекса / Alexander Ahrens et al. / Nature, 2023

Чтобы доказать эффективность метода, химики смешали фрагмент лопасти ветрогенератора массой в пять граммов, состоящий из композита на основе бисфенола А, с шестью массовыми процентами рутениевого катализатора в толуоле. Затем в смесь добавили изопропанол и нагрели до температуры в 165 градусов Цельсия. Через шесть дней нагревания химики выделили из реакционной смеси исходный бисфенол, а также другие составляющие композита — металлическую сетку и стекловолокно. Таким же образом ученым удалось разложить на исходные составляющие кусок ламината весом в полграмма.

Составляющие лопасти ветряка после деполимеризации / Alexander Ahrens et al. / Nature, 2023

Так химики научились деполимеризовать полимеры на основе бисфенола А и продемонстрировали эффективность метода в разложении нескольких композитных материалов. Выход полученного бисфенола А в большинстве экспериментов составил около 50 процентов.