近日,中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所侯相林、鄧天昇研究團(tuán)隊,針對廢棄酸酐固化環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料(風(fēng)電碳梁等)開展化學(xué)降解與資源化回收利用技術(shù)研發(fā),在溫和條件下選擇性斷裂酯鍵,回收降解產(chǎn)物雙酚A二甘油醚、甲基四氫鄰苯二甲酸,以及復(fù)合材料中的碳纖維或玻璃纖維等,實現(xiàn)酸酐固化環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的全組分回收,該技術(shù)已申請系列國家發(fā)明專利。其中“一種催化酸酐固化的環(huán)氧樹脂降解的方法”已得到授權(quán)。
降解產(chǎn)物雙酚A二甘油醚為一種芳香多元醇,可作為多元醇原料重新用于聚氨酯合成,制備聚氨酯彈性體、聚氨酯硬泡、軟泡、聚氨酯防水材料等;另一種降解產(chǎn)物甲基四氫鄰苯二甲酸可作為制備固化劑甲基四氫苯酐的原料,再次用于環(huán)氧樹脂的固化過程;回收的碳纖維或玻璃纖維,強度損失小,可制成纖維短切絲,與其它熱塑性或熱固性樹脂再次復(fù)合。整個過程樹脂降解率大于99%,回收率大于95%,纖維回收率大于96%,纖維強度損失小于5%;另外該技術(shù)還可以控制酸酐固化環(huán)氧樹脂解聚程度制備多孔材料。與傳統(tǒng)高溫?zé)峤夥椒ㄏ啾?,該酸酐固化環(huán)氧樹脂化學(xué)解聚系列技術(shù)具有解聚條件溫和,能耗低,反應(yīng)選擇性好,降解體系可循環(huán)使用,纖維損傷小,產(chǎn)品附加值高,市場需求大,生產(chǎn)過程無小分子廢氣排放等優(yōu)點。
2020年以來,一系列國家規(guī)定和政策的實施,促使復(fù)合材料全行業(yè)尋求廢棄熱固性樹脂復(fù)合材料綠色、經(jīng)濟的回收方法。酸酐固化環(huán)氧樹脂由于其優(yōu)異的物理化學(xué)性能,常與碳纖維、玻璃纖維復(fù)合制備環(huán)氧樹脂拉擠材料,廣泛應(yīng)用于風(fēng)電、航空航天、交通運輸、運動器材、橋梁建筑等領(lǐng)域。復(fù)合材料中熱固性樹脂約占到三成,碳纖維、玻璃纖維等材料占比約七成,兩者結(jié)合,使得材料既具有較輕的重量,也有高強度、耐腐蝕、抗疲勞等性能。由于酸酐固化環(huán)氧樹脂特殊的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致其無法在自然環(huán)境中降解。目前,全國僅風(fēng)電碳梁用碳纖維增強酸酐固化環(huán)氧樹脂產(chǎn)量為2-3萬噸/年。
傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的回收方法包括機械回收和高溫?zé)峤狻C械回收方法是將復(fù)合材料通過物理粉碎,與其他樹脂、粉末混合后擠壓制成板材,該方法碳纖維、玻璃纖維被破壞,產(chǎn)品附加值低,而且無法從根本上解決熱固性環(huán)氧樹脂的回收問題。高溫?zé)峤夥椒ㄊ悄壳拔ㄒ还I(yè)化應(yīng)用的化學(xué)回收方法,通過將復(fù)合材料置于450 ℃以上的高溫環(huán)境下進(jìn)行熱解,熱解后,復(fù)合材料中纖維可進(jìn)行回收再利用,纖維強度達(dá)到原纖維的85%左右;樹脂分解成小分子的熱解氣、熱解油等有機燃料用于系統(tǒng)供熱。但是該方法能耗高、產(chǎn)品附加值低、并且有小分子污染物排放,污染環(huán)境。