近日，中國科學院山西煤炭化學研究所侯相林、鄧天昇研究團隊，針對廢棄酸酐固化環(huán)氧樹脂基復合材料（風電碳梁等）開展化學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)高溫熱解方法相比，該酸酐固化環(huán)氧樹脂化學解聚系列技術(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，促使復合材料全行業(yè)尋求廢棄熱固性樹脂復合材料綠色、經(jīng)濟的回收方法。酸酐固化環(huán)氧樹脂由于其優(yōu)異的物理化學性能，常與碳纖維、玻璃纖維復合制備環(huán)氧樹脂拉擠材料，廣泛應(yīng)用于風電、航空航天、交通運輸、運動器材、橋梁建筑等領(lǐng)域。復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)，導致其無法在自然環(huán)境中降解。目前，全國僅風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t/年。

傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂復合材料的回收方法包括機械回收和高溫熱解。機械回收方法是將復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。高溫熱解方法是目前唯一工業(yè)化應(yīng)用的化學回收方法，通過將復合材料置于450 ℃以上的高溫環(huán)境下進行熱解，熱解后，復合材料中纖維可進行回收再利用，纖維強度達到原纖維的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。

摘編自“中國科學報”

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