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風電碳梁等復合材料資源化回收利用取得進展

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-05-18  來源:中國科學報  瀏覽次數(shù):198
核心提示: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
        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2-3萬噸/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。

 
 
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