近年来，基于动态共价化学的可循环热固性树脂研究取得了长足进展，为解决热固性材料末端回收难题提供了核心思路。但面向风电等高端工业规模化应用场景时，现有研究仍难以同时兼顾材料的服役稳定性、加工适配性、规模化制备能力与末端可回收性，主要面临三大核心技术挑战：一是为实现温和降解引入高活性动态键，导致材料湿热稳定性、耐溶剂性大幅下降，无法满足长期服役要求；二是为提升力学性能构建高交联刚性网络，导致树脂粘度过高、加工窗口极窄，无法适配大型复合材料工业成型工艺；三是单体合成路线复杂、纯化步骤繁琐，难以规模化制备，仅能停留在实验室基础研究阶段，严重制约了其实际应用。

  近日，江南大学化学与材料工程学院马松琪教授团队提出全生命周期一体化的受阻亚苯基双缩醛环氧设计，针对风电叶片高端工业规模化应用场景，首次实现了可规模化合成、工业级加工适配、高服役性能、极端环境长期稳定性、全组分化学可回收性这五大核心工业指标的全面覆盖与系统协同优化，突破了长期困扰风电复合材料领域的“性能 - 可循环性 - 工业化适配性”难以兼顾的技术瓶颈（图1）。

  2026年4月21日，相关工作以“Life-Cycle-Integrated Molecular Design of Hindered Phenylene Biacetal Epoxies for Practical Recyclable Composite Applications”为题发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》。文章第一作者为江南大学化学与材料工程学院博士生杜帅，通讯作者为马松琪教授。该研究得到国家自然科学基金、无锡市太湖人才计划和中央高校基本科研业务费专项资金的支持。

图1受阻亚苯基双缩醛环氧树脂的设计与循环优势

关键优势如下：

1.一锅法可规模化制备

  以大宗化工原料一步合成，实验室条件下单批次合成可稳定放大至200g 级，无需柱色谱纯化，具备工业化放大的技术潜力，可满足工业量产的核心基础要求。通过分子工程设计，采用间位取代、引入乙基侧链调控分子结构，得到的环氧单体在室温下为低粘度液体，其粘度与商用双酚A型环氧树脂（DGEBA）相当，满足真空辅助树脂灌注成型（VARI）等工业加工工艺对树脂流动性的要求（图2 ）。

图2环氧树脂合成与表征

2.工业级加工适配

  与现有工业流程兼容是新材料得以应用的前提。研究表明，PEp树脂体系相比商用DGEBA树脂，展现出更宽的加工窗口：室温下呈液态且粘度低，55 ℃下工艺窗口超60分钟，适配风电主流VARI真空灌注成型（图3）。

图3加工与固化特性表征

3.性能对标商用环氧

  热性能：树脂的玻璃化转变温度在119-136 °C之间，满足风电叶片运行温度（通常<70°C）要求（图4a）。

  机械性能与韧性：所有PEp树脂的拉伸强度（72-76MPa）和弯曲强度（101-122MPa）均超过风电叶片碳纤维复合材料的结构基准。更突出的是其断裂韧性：PEp1的无缺口冲击强度比DGEBA提高了83%，并能像金属一样在三点弯曲测试中承受完全闭合而不断裂。扫描电镜显示其断裂面呈现丰富的韧带结构，表明其通过塑性变形耗散了大量能量。这种高韧性可有效抑制裂纹扩展，极大延长复合材料部件的服役寿命（图4b-f）。

图4热、机械性能表征

  热稳定性与抗蠕变：材料在氮气下的热分解温度超过350°C。即便在远高于其玻璃化转变温度的180°C下恒温6h，也未观察到可测量的蠕变，证明了其出色的尺寸稳定性（图5a-d）。

  疏水性与耐湿热性：得益于刚性苯环和烷基侧链的协同屏蔽作用，PEp树脂具有更强的疏水性（水接触角最高达119°）。在60 °C/90%相对湿度的加速湿热老化32天后，其拉伸强度和凝胶含量均保持稳定，展现了优异的耐水解性能，特别适用于海上风电等苛刻环境（图5e, 5f）。

  溶剂稳定性：在服役条件下，PEp网络在各种极性与非极性溶剂乃至酸、碱、盐水中均不溶解，保持结构完整。其适度的溶胀特性，可在服役阶段保持结构稳定，同时在回收阶段促进酸催化剂扩散，为高效降解提供了有利条件（图5h）。

图5服役稳定性与环境耐受性表征

4.闭环回收+高值化

  碳纤维复合材料（CFRP）制备与性能：使用VARI工艺，成功用PEp树脂制备了T300碳纤维增强复合材料，实现了无缺陷、完全浸润的层压板制备，证明其与现有生产线兼容。所制备的CFRP拉伸强度超过600 MPa，层间剪切强度（ILSS）达63 MPa，且表现出明显的剪切屈服行为而非脆性断裂，进一步证实了其抗分层能力。

  闭环回收：CFRP样板在室温（25℃）、0.1M 盐酸体系中，24h 内即可实现树脂交联网络的高效降解。碳纤维被高保真无损回收，表面形貌和化学结构完好，再制备复合材料的力学性能损失极小（图6）。同时，单体前驱体（二醛和三醇）的回收率超过80%，纯度足以直接用于重新合成树脂。整个CFRP体系的资源再利用率超过92%（图7）。

图6 CFRP制备、性能表征与闭环回收

图7 降解液的分离纯化、回收物的闭环与升级回收

  生命周期评估：实现了“从摇篮到摇篮”的低碳闭环，相比传统 CFRP 处理方式，全生命周期碳排放降低 45%–56% 。

图8 AI辅助CFRP生命周期评估

  该研究基于动态共价化学与可循环热固性树脂领域现有成果，建立了面向工业应用、场景驱动的可回收环氧全生命周期一体化分子设计新范式，突破传统单一或部分性能优化局限，以合成- 加工 - 服役 - 回收全链条需求开展分子设计，为高性能可循环热固性材料工业化落地提供了重要新思路与实践框架。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.9945235