电子废弃物已成为全球增长最快的有害固体废物。2022年全球产生约6200万吨电子废弃物，其中仅有约22.3%得到回收。印刷电路板作为电子产品的核心组件，其不可逆固化环氧树脂带来的回收难题已成为可持续发展的重要障碍。传统的电路板制造依赖于永久交联的环氧热固性材料，虽然提供了优异的电气绝缘性、机械强度和热化学稳定性，但这也使得废弃电路板中的树脂基体难以降解，回收过程通常仅关注高价值金属，而占质量约70%的介电基质被忽视，导致资源浪费和环境负担。生命周期评估表明，铜矿开采和环氧树脂生产能耗巨大，在整个电路板生产过程中分别贡献了30%的不可再生资源消耗和84%的人类毒性潜力。因此，开发一种既能满足高性能要求、又能在报废后实现全组分资源化回收的新型电路板材料，成为电子产业绿色转型的迫切需求。 针对这一挑战， 浙江大学 高长有教授 、 刘文星特聘副研究员 提出了一种基于偕二甲基二硫代缩酮（gTK）环氧树脂的动力学惰性共价适应网络，成功应用于可回收高性能印刷电路板 （图1）。该材料通过位阻效应显著提升了动态共价键的稳定性，在高温和酸碱环境中表现出优异的抗交换与抗降解性能，同时可在过氧化氢溶液中选择性氧化降解，从而实现铜箔、玻璃纤维和树脂降解产物的无损、高纯度回收。生命周期评估证实，与传统火法或湿法冶金工艺相比，该回收策略显著降低了环境足迹，为电子废弃物管理提供了全新的一体化解决方案。相关论文以“Kinetically inert covalent adaptable networks enable holistic resource recovery from high-performance printed circuit boards”为题，发表在Nature Communications上。 图1 | 传统不可持续的PCB生命周期与可持续高性能gTKPCB的全资源回收。 a 传统、不可持续的PCB生命周期。b 可持续高性能gTKPCB的全资源回收。gTK：偕二甲基二硫代缩酮；DGEBA：双酚A二缩水甘油醚；EP：环氧树脂；CCL：覆铜板；CPU：中央处理器；GPU：图形处理器。 研究团队首先从分子层面验证了gTK键的稳定性与可控降解性。通过核磁共振波谱分析发现，gTK键在180°C加热2小时后未发生任何交换或解离，而作为对比的二硫代缩醛（TA）键在80°C下30分钟内即达到交换平衡，活化能为104.8 kJ/mol（图2a、b）。在酸碱稳定性测试中，gTK键在碱性条件下无降解，在55°C过量酸中处理6小时后降解率不足1%，其酸降解活化能（76.8 kJ/mol）远高于TA键（28.9 kJ/mol）（图2c-e）。这表明偕二甲基的位阻效应有效提高了反应能垒，动力学上阻断了不利的交换反应。尽管热化学稳定性显著提升，gTK键仍允许过氧化氢选择性氧化裂解，其氧化降解遵循硫化物氧化、C-S键断裂、进一步氧化和水解的连续路径，在55°C下约19小时降解率达96%，与TA键相当（图2f-i），说明偕二甲基基团对氧化敏感性的抑制有限，但提高了C-S键水解裂解的能垒。这种动力学惰性策略成功实现了结构稳定与氧化特异性降解的解耦。 图2 | gTK的动态交换抗性、酸/碱稳定性及氧化降解。 a 1H NMR谱图证明gTK-2与gTK-3在180°C孵育2小时后无动态交换。b TA与TA-1生成TA-2的动态交换，由时间依赖的1H NMR谱图监测，活化能通过阿伦尼乌斯分析获得。c gTK-2和TA在10当量HCl存在下于55°C的酸水解稳定性。d gTK-2和TA在20当量NaOH存在下于55°C的碱水解稳定性。e 这些水解反应的阿伦尼乌斯分析。f gTK-2经H2O2介导氧化的示意图：i）硫化物氧化，ii）C-S键断裂，iii）进一步氧化和水解。g 时间依赖的1H NMR谱图。h 氧化动力学曲线。i gTK-2在10当量H2O2存在下于55°C降解反应的阿伦尼乌斯分析，并附TA氧化活化能作为对比。DMSO：二甲基亚砜。 在材料性能表征方面，团队合成了两种gTK固化剂并制备了环氧树脂。差示扫描量热法和红外光谱证实树脂完全固化，凝胶含量超过99%。热重分析显示，苯胺官能化的gTKEP-2树脂的5%热失重温度高达318°C，显著高于已有可回收环氧树脂，玻璃化转变温度达126°C（图3b、c）。力学测试表明，gTKEP-2的弯曲强度为129.5 MPa，弯曲模量2.0 GPa，拉伸强度79.0 MPa，性能与传统环氧树脂相当（图3d、e）。雷达图综合对比进一步确认，gTK固化剂的引入并未牺牲环氧树脂的关键力学和热学指标（图3f）。 图3 | gTKEP-1、gTKEP-2、TAEP和HDAEP的热学与力学性能。 a gTK-2/DGEBA混合物在不同升温速率下的D