環(huán)氧樹脂復合材料回收工藝新突破

　　

　　到2025年，每年將由大約25000噸的風電葉片到達其運營期限。傳統上，由于環(huán)氧樹脂的化學特性，風力渦輪機葉片很難回收，因為環(huán)氧樹脂是一種彈性物質，且被認為是一種不可能分解成可重復使用的成分。環(huán)氧樹脂不可生物降解，焚燒時會釋放有毒氣體，最終導致填埋成為處理它們的主要途徑。

　　

　　由于效率低下和不可持續(xù)，風力渦輪機葉片的填埋已被多個歐洲國家禁止，預計以后還會有更多國家實施。因此，對環(huán)氧樹脂及其復合材料可行的回收策略的需求迫切。

　　

　　目前新發(fā)現的工藝是回收策略的概念驗證，可以應用于絕大多數現有的風力渦輪機葉片和目前正在生產的葉片，以及其他環(huán)氧樹脂基材料。

　　

　　具體來說，研究人員表明，通過使用釕基催化劑和溶劑異丙醇和甲苯，他們可以分離環(huán)氧樹脂基質并釋放環(huán)氧聚合物的原始結構單元之一，雙酚A和完整的玻璃纖維一個單一的過程。

　　

　　然而，該方法還不能立即擴展，因為催化系統的效率不足以進行工業(yè)實施——而且釕是一種稀有且昂貴的金屬。因此，奧胡斯大學的科學家們正在繼續(xù)改進這種方法。

　　

　　“盡管如此，我們認為這是開發(fā)耐用技術的重大突破，可以為環(huán)氧基材料創(chuàng)造循環(huán)經濟。這是化學過程的首次發(fā)表，可以選擇性地分解環(huán)氧樹脂復合材料并分離出最重要的材料之一。該研究的主要作者之一 Troels Skrydstrup 說：“環(huán)氧聚合物以及玻璃或碳纖維的重要組成部分，不會在此過程中損壞后者。”

　　

　　Troels Skrydstrup 是奧胡斯大學化學系和跨學科納米科學中心 (iNANO) 的教授。該研究得到了CETEC項目（熱固性環(huán)氧樹脂復合材料循環(huán)經濟）的支持，該項目是維斯塔斯、奧林公司、丹麥技術研究所和奧胡斯大學之間的合作伙伴關系。

　　

　　本篇研究中，研究人員使用了一種Ru催化的脫氫/鍵斷裂/還原串聯反應，來斷裂聚合物中最常見的C(烷基)-O鍵，可以用于斷開與 BPA 基體相鄰的 C（烷基）-O 單鍵。研究者展示了這種方法在未經修改的胺固化環(huán)氧樹脂以及商業(yè)復合材料中的應用，包括風能渦輪葉片的外殼。研究者的結果表明，對熱固性環(huán)氧樹脂和復合材料進行化學回收是可行的。

　　

　　對于環(huán)氧樹脂的催化解構實驗證明，催化反應4天時間，可將回收81%的 BPA 量。

　　

　　通過可用于胺固化環(huán)氧樹脂分子分解的通用方法，研究者轉向研究該協議對纖維增強環(huán)氧復合材料的解構的適用性，除聚合物基體外，該復合材料還含有高重量百分比的纖維。在不做任何預處理的情況下，3 天后，復合材料明顯分離成松散的纖維。傾析反應混合物；洗滌后，回收了57wt% 的碳纖維，并且從溶液中分離出了13wt% 的BPA。

　　

　　后續(xù)測試了一塊最先進的退役風力渦輪機葉片的外殼。這種商用復合材料樣品經過催化后徹底分解，得到50wt% 的玻璃纖維和19wt% 的BPA。

　　

　　總之，對于從報廢復合材料中回收的組分，可以考慮實現循環(huán)經濟。從回收得到的高純度的雙酚A理論上可以在環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯或聚酯等已有生產鏈中再次使用，替代從石油原料生產的原始BPA。研究者的催化過程可以被視為一個概念驗證，證明對這些有價值且相關的材料實現循環(huán)經濟是可行的。