蔣翔宇 江蘇省揚(yáng)中市環(huán)境監(jiān)測(cè)站

廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化利用技術(shù)的思考

蔣翔宇 江蘇省揚(yáng)中市環(huán)境監(jiān)測(cè)站

本文在對(duì)常見(jiàn)的廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化利用技術(shù)進(jìn)行綜合闡述的基礎(chǔ)上，對(duì)幾種廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化利用技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比，以期為相關(guān)人士提供借鑒和參考。

環(huán)氧樹(shù)脂 資源化 回收再利用

1 廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化可行性理論研究

應(yīng)用在廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化的方法主要是將廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化共混或者利用聚氯乙烯制備復(fù)合材料。復(fù)合材料主要包括顆粒狀分散相復(fù)合材料等，按照顆粒的大小可將顆粒狀分散相材料分為彌散強(qiáng)化和顆粒增強(qiáng)兩類，彌散強(qiáng)化的機(jī)理是利用材料內(nèi)部位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)材料分子之間的結(jié)合力，具有較高的塑性、導(dǎo)電性等，并且彌散顆粒大多是碳化物，具有較好的高溫性能，因此有利于復(fù)合材料在高溫下保持穩(wěn)定性。通過(guò)以上分析可以看出，復(fù)合材料內(nèi)部具有較高的穩(wěn)定性，有利于促進(jìn)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)組成復(fù)合材料的方式實(shí)現(xiàn)資源化。在對(duì)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)的研究中可以發(fā)現(xiàn)，廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化中主要含有環(huán)氧樹(shù)脂和二氧化硅兩種物質(zhì)。將廢舊環(huán)氧樹(shù)脂共混的過(guò)程中，二氧化硅與處理設(shè)備和其他物質(zhì)之間將發(fā)生接觸，在雙方互相摩擦的過(guò)程中，Si-O鍵將會(huì)在共混工程中吸收能量，造成鍵的斷裂，而斷裂后的氧原子將與反應(yīng)環(huán)境中的氫離子互相結(jié)合，形成羥基，屬于活性基團(tuán)。另外，在廢舊環(huán)氧樹(shù)脂共混工程中還會(huì)出現(xiàn)其余活性基團(tuán)，可有效提高廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的重復(fù)利用率，實(shí)現(xiàn)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化的目標(biāo)。

2 常見(jiàn)的廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化利用技術(shù)

2.1 熱解法

熱解法是指基于無(wú)氧條件下，將有機(jī)物進(jìn)行加熱，使其達(dá)到一定溫度，進(jìn)而發(fā)生分解反應(yīng)，對(duì)其反應(yīng)物進(jìn)行回收再利用的過(guò)程。熱解技術(shù)具有污染排放量低和能源回收率高的特點(diǎn)，在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行熱解處理，能夠?qū)U舊環(huán)氧樹(shù)脂中的金屬物質(zhì)進(jìn)行回收，同時(shí)也能將廢舊環(huán)氧樹(shù)脂中玻璃纖維進(jìn)行回收再利用。熱解技術(shù)得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，部分學(xué)者開(kāi)始投身于對(duì)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行熱解處理的理論與實(shí)踐。研究結(jié)果表明，利用熱解方法對(duì)熱固性廢舊環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行處理，能夠?qū)崿F(xiàn)化學(xué)鍵的斷裂，將大分子分解成有機(jī)的小分子，并以氣體和液體的形式將廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化，分離出來(lái)的物質(zhì)大多為玻璃纖維。同時(shí)，復(fù)合環(huán)氧樹(shù)脂材料在氮?dú)庵羞M(jìn)行分解，會(huì)得到由20%的液體、20%的氣體和60%的固體組成的產(chǎn)物，其中，氣體成分主要為氮?dú)夂投趸?，將液體進(jìn)行分餾后可得到石腦油和瀝青，固體物質(zhì)多為無(wú)機(jī)化合物。將廢舊環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行熱解處理得到的產(chǎn)物，可以直接當(dāng)做燃料使用，也可以作為化工產(chǎn)品的原材料，能夠有效節(jié)約能源資源[1]。

2.2 物理法

物理法主要是指將廢舊環(huán)氧樹(shù)脂粉碎成粒徑為30目左右的粒子，再利用水或空氣實(shí)現(xiàn)金屬粒子與非金屬粒子的分離，在此過(guò)程中，粒子的化學(xué)性質(zhì)并未發(fā)生改變，只是物理形態(tài)發(fā)生了變化。經(jīng)過(guò)物理作用后，得到的非金屬粒子主要為玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂，利用這些非金屬粒子可以制作下水管道、建筑材料，同時(shí)還能夠生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，是廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化利用的典型。將廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的非金屬粉末與水泥和黃沙進(jìn)行混合，能夠形成地板等建筑材料，有效提升了建筑材料的強(qiáng)度和力學(xué)性能。同時(shí)，將廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的非金屬粉末作為生產(chǎn)復(fù)合板的原材料，能夠有效降低復(fù)合板的生產(chǎn)成本，具有經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。此外，采用廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的非金屬粉末制作下水道篦子，能夠提升篦子的機(jī)械強(qiáng)度和撓曲強(qiáng)度，同時(shí)，還具有價(jià)格實(shí)惠的特點(diǎn),大大降低了下水道篦子的生產(chǎn)成本[2]。

2.3 超臨界流體法

超臨界流體法通過(guò)對(duì)超臨界流體的性質(zhì)進(jìn)行充分利用，實(shí)現(xiàn)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的回收再利用。超臨界流體存在于溫度和壓力的臨界值之上，在此環(huán)境中的超臨界流體，具有氣體和液體的雙重特點(diǎn)。一方面，超臨界流體具有和液體相近的溶解度和密度，另一方面，由于氣體的擴(kuò)散系數(shù)接近，具有良好的流動(dòng)性。超臨界流體在合適的溫度和壓力條件下，能夠?qū)U舊環(huán)氧樹(shù)脂材料產(chǎn)生溶解和萃取的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的分離。學(xué)術(shù)界采用超臨界流體法研究了廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的分離過(guò)程，并利用一氧化碳和氧化氫的混合流體對(duì)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行資源化利用，使其發(fā)生分解反應(yīng)，形成反應(yīng)物。將廢舊環(huán)氧樹(shù)脂與超臨界流體反應(yīng)，分離出來(lái)的小分子可以直接作為燃料使用，同時(shí)可以將其作為化工的原材料，有效實(shí)現(xiàn)了廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的回收再利用。

2.4 溶劑法

運(yùn)用化學(xué)溶劑法實(shí)現(xiàn)對(duì)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的資源化利用，通過(guò)采用有機(jī)或者無(wú)機(jī)化學(xué)溶劑的方式，使熱固性環(huán)氧樹(shù)脂的分子鏈斷裂，從而生成小分子的有機(jī)化合物。小分子的有機(jī)化合物可以作為生產(chǎn)環(huán)氧樹(shù)脂的原材料，生成的殘?jiān)梢宰鳛樯a(chǎn)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的原材料。學(xué)術(shù)界在對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂耐腐蝕性進(jìn)行研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂能夠在硝酸溶劑中完全分解，并依據(jù)這一特點(diǎn)，利用硝酸將廢舊環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行分解，形成有機(jī)物，再利用乙酸乙酯作為萃取劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)低分子有機(jī)物的萃取，最后運(yùn)用固化劑，將環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行固化，制成再生樹(shù)脂。與原生環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，再生樹(shù)脂的力學(xué)性能與原生環(huán)氧樹(shù)脂相差不大。目前，采用化學(xué)溶劑法對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的資源化利用尚處于初級(jí)發(fā)展階段，研究所使用的廢舊環(huán)氧樹(shù)脂材料均通過(guò)實(shí)驗(yàn)室合成，在結(jié)構(gòu)上存在一定限制，與現(xiàn)實(shí)的廢舊環(huán)氧樹(shù)脂材料還存在一定差別，但化學(xué)溶劑法為廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的資源化利用提供了新的發(fā)展方向，具有十分重要的研究?jī)r(jià)值。

3 廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化利用技術(shù)的思考

第一，采用物理法對(duì)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行資源化利用的工藝較為簡(jiǎn)單，對(duì)廢棄物的回收利用效率較高，能夠有效克服廢棄物焚燒處理的弊端，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)作用。但是由于廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的成分較為復(fù)雜，將其作為再生環(huán)氧樹(shù)脂的原材料，不利于提升再生產(chǎn)品的性能，降低了再生產(chǎn)品的檔次，不利于提升企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益。第二，熱解法通常被應(yīng)用于對(duì)高分子有機(jī)物進(jìn)行回收再利用的過(guò)程中，能夠有效減少?gòu)U棄物的排放量，但由于廢舊環(huán)氧樹(shù)脂經(jīng)過(guò)熱解作用產(chǎn)生的有機(jī)物多為玻璃纖維等無(wú)機(jī)物，因此，能夠充當(dāng)燃料的有機(jī)物并不多。此外，如果對(duì)熱解的尾氣不能科學(xué)處理，還會(huì)導(dǎo)致二次污染，不利于環(huán)境質(zhì)量的提升。第三，超臨界流體法能夠充分利用流體的物理特性，實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)脂的分離，并對(duì)分離出來(lái)的有機(jī)物進(jìn)行回收利用，有效提升了資源的回收利用率，節(jié)約了能源資源。但超臨界流體技術(shù)尚處于研究階段，還不能被廣泛應(yīng)用于廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的資源化利用領(lǐng)域。第四，采用溶劑法回收利用廢舊環(huán)氧樹(shù)脂，具有能源消耗少的特點(diǎn)，也不會(huì)造成二次污染。但化學(xué)溶劑法對(duì)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的溶解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此需要添加一定的催化劑，加大了廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的回收利用成本。同時(shí)，化學(xué)溶劑的使用量大，也導(dǎo)致化學(xué)溶劑法不能被廣泛應(yīng)用。最后，利用化學(xué)溶劑法對(duì)廢舊環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行溶解，產(chǎn)生的廢液尚未形成科學(xué)的處理技術(shù)，加大了化學(xué)溶劑法的應(yīng)用難度，因此，化學(xué)溶劑法仍存在于研究階段。

4 結(jié)論

通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化技術(shù)的過(guò)程中，運(yùn)用物理法和熱解法，能夠有效提升廢舊環(huán)氧樹(shù)脂的回收利用效率。在此基礎(chǔ)上，采用超臨界流體法，有利于不同廢舊環(huán)氧樹(shù)脂材料的回收再利用。此外，采用化學(xué)溶劑法，也能夠?qū)U舊環(huán)氧樹(shù)脂的資源化起到一定作用。因此，在優(yōu)化廢舊環(huán)氧樹(shù)脂資源化技術(shù)的過(guò)程中，可以運(yùn)用上述方法。

[1]王懷棟,張書豪,吳玉鋒.廢舊環(huán)氧樹(shù)脂原材料的推斷[J].應(yīng)用化工,2017,4601:146-149.(2016-11-15)

[2]王嘉,宋晶晶,李曦.環(huán)氧樹(shù)脂含量對(duì)廢舊ABS塑料性能的影響[J].高分子材料科學(xué)與工程,2015,3104:133-136+141.(2015-04-22)