風電碳梁等復合材料資源化回收利用取得進展

　　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研發，在溫和條件下選擇性斷裂酯鍵，回收降解產物雙酚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，實現酸酐固化環氧樹脂基復合材料的全組分回收，該技術已申請系列國家發明ZL。其中“一種催化酸酐固化的環氧樹脂降解的方法”已得到授權。

　　降解產物雙酚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%；另外該技術還可以控制酸酐固化環氧樹脂解聚程度制備多孔材料。與傳統高溫熱解方法相比，該酸酐固化環氧樹脂化學解聚系列技術具有解聚條件溫和，能耗低，反應選擇性好，降解體系可循環使用，纖維損傷小，產品附加值高，市場需求大，生產過程無小分子廢氣排放等優點。

　　2020年以來，一系列國家規定和政策的實施，促使復合材料全行業尋求廢棄熱固性樹脂復合材料綠色、經濟的回收方法。酸酐固化環氧樹脂由于其優異的物理化學性能，常與碳纖維、玻璃纖維復合制備環氧樹脂拉擠材料，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。由于酸酐固化環氧樹脂特殊的三維網絡結構，導致其無法在自然環境中降解。目前，全國僅風電碳梁用碳纖維增強酸酐固化環氧樹脂產量為2-3萬噸/年。

　　傳統環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，產品附加值低，而且無法從根本上解決熱固性環氧樹脂的回收問題。高溫熱解方法是目前唯一工業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供熱。但是該方法能耗高、產品附加值低、并且有小分子污染物排放，污染環境。