定制化Nylon 6乙二醇解聚策略实现高强粘合剂的升级回收

《Cell Reports Physical Science》：Tailored glycolysis of Nylon 6 to enable upcycling into high-strength adhesives

为解决尼龙废弃物难回收、传统机械回收性能劣化等问题，研究人员通过催化乙二醇解聚Nylon 6获得可控长度寡聚体，并利用机械化学法将其与环氧封端聚（双酚A-共-环氧氯丙烷）共聚，开发出高性能粘合剂。该材料在钢-钢界面实现22 MPa的搭接剪切强度，且可重复加工，为难回收塑料的升级循环提供新路径。

　　

尼龙作为一种高强度聚酰胺，广泛应用于汽车、纺织和包装等领域，但其优异的耐久性也带来了回收难题。传统的机械回收仅能将废弃尼龙破碎成填料，性能大幅降低；化学回收虽能解聚为单体，但成本高昂且过程复杂。面对全球每年数亿吨塑料废弃物的压力，开发高效、低成本的尼龙升级回收技术迫在眉睫。

本研究通过催化乙二醇解聚Nylon 6，精准调控寡聚体链长，并利用机械化学法将其转化为高性能粘合剂。研究团队采用1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯（TBD）与三氟乙酸（TFA）催化体系，在二甲基甲酰胺（DMF）中实现均相解聚，通过调节乙二醇与尼龙重复单元的比例（10:1至0.5:1）和反应时间（2–16小时），获得分子量（M_n）为1.8–17 kg/mol的寡聚体。随后，将最低分子量寡聚体（M_n=1.8 kg/mol）与双环氧封端聚（双酚A-共-环氧氯丙烷）（PBPAE）通过高速球磨（SpeedMixing）在5分钟内完成共聚，形成N6-PBPAE copolymer。

关键实验方法

1. 1.
   可控乙二醇解聚：在密封压力管中于210°C进行均相解聚，通过核磁共振氢谱（¹H NMR）和尺寸排阻色谱（SEC）表征寡聚体分子量。
2. 2.
   机械化学共聚：使用FlackTek SpeedMixer以3000 rpm频率研磨寡聚体与PBPAE，优化球磨参数避免降解。
3. 3.
   材料性能测试：通过热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）、动态力学分析（DMA）评估热稳定性与力学行为；搭接剪切实验（ASTM D1002）测试粘合强度。

研究结果

Nylon 6可被乙二醇解聚为定制长度寡聚体

通过调节乙二醇比例与反应时间，成功将Nylon 6解聚为分子量可控的寡聚体。SEC数据显示，10:1比例反应16小时后寡聚体M_n降至1.8 kg/mol，且分散指数（^?）从2.81缩窄至1.66，表明产物均一性提升。该方法适用于绳索、泳衣等废弃尼龙原料，验证了其普适性。

尼龙寡聚体可通过机械化学法升级回收

采用机械化学法克服了寡聚体溶解性难题，在室温下5分钟内实现N6与PBPAE的共聚。¹H NMR与元素分析证实共聚物中每段PBPAE（3–4重复单元）对应约20–22个Nylon 6重复单元。DSC显示共聚物玻璃化转变温度（T_g）升至58°C，熔点（T_m）降至186°C，且保留60%尼龙结晶焓，表明PBPAE片段干扰了尼龙结晶域。

升级回收的N6-PBPAE共聚物展现粘合剂潜力

搭接剪切实验表明，该共聚物在钢-钢界面实现22.0 MPa的剪切强度，显著优于原始尼龙（11.9 MPa），且可重复加工3次后仍保持14.7 MPa强度。在90°C高温下，其强度（10.0 MPa）远超商用环氧胶粘剂JB Weld（2.8 MPa）。此外，该材料成功粘结钢与低熔点聚芳醚酮碳纤维复合材料（LMPAEK-CF），强度达16.8 MPa，为汽车复合材料装配提供新方案。

结论与意义

本研究通过定制化乙二醇解聚与机械化学共聚，将废弃Nylon 6转化为高性能粘合剂，不仅解决了尼龙难回收的痛点，更实现了材料性能的升级。共聚物兼具高粘结强度、热稳定性和可重复加工性，为塑料循环经济提供了新范式。该策略可扩展至其他难回收聚合物，推动可持续材料设计向绿色、高效方向演进。