废弃酸酐固化环氧树脂基复合材料（风电碳梁等）化学降解与资源化回收利用技术取得新进展
时间：2022-07-25 来源： 作者：
2020年9月1日新的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》正式实施，对产废者、固废全过程监管等执行新规定。2021年，中央财经委员会将“双碳”纳入生态文明建设整体布局。《“十四五”循环经济发展规划》指出推进废塑料分类利用和集中处理，鼓励建设区域性再生资源加工利用基地。这一系列国家规定和政策的实施，促使复合材料全行业寻求废弃热固性树脂复合材料绿色、经济的回收方法。酸酐固化环氧树脂由于其优异的物理化学性能，常与碳纤维、玻璃纤维复合制备环氧树脂拉挤材料，广泛应用于风电、航空航天、交通运输、运动器材、桥梁建筑等领域。复合材料中热固性树脂约占到三成，碳纤维、玻璃纤维等材料占比约七成，两者结合，使得材料既具有较轻的重量，也有高强度、耐腐蚀、抗疲劳等性能。由于酸酐固化环氧树脂特殊的三维网络结构，导致其无法在自然环境中降解。
目前，全国仅风电碳梁用碳纤维增强酸酐固化环氧树脂产量为2-3万吨/年。制造过程中产生的下脚料、测试材料以及达到使用寿命的材料，都面临回收难题。从风电机组服役年限来看，到2025年，我国将迎来一大波风电叶片报废潮；到2030年，我国将有超过3万台风电机组面临换新，而到2035年，这一数字将超过9万台。而复合材料中碳纤维价格昂贵，被称为“黑色黄金”。
叶片及复合材料回收技术经过多年的研究和试验，虽然有了多种技术路线方向，但由于其特殊性及回收成本原因，收集非常困难，导致下游综合利用技术的研究滞后。目前回收处置多以填埋、焚烧、热解等方式为主，不仅会释放芳烃物质和有毒气体，造成陆地和空气污染问题；而且是一种资源的严重浪费，造成巨大的经济损失。还由于回收综合利用价值极低，导致企业缺乏投资积极性。
中国科学院山西煤炭化学研究所侯相林、邓天昇研究团队，在温和条件下选择性断裂酸酐固化环氧树脂中的酯键，回收降解产物双酚A二甘油醚、甲基四氢邻苯二甲酸，以及复合材料中的碳纤维或玻璃纤维等，实现酸酐固化环氧树脂基复合材料的全组分回收，该技术已申请系列国家发明专利，其中已授权一项（一种催化酸酐固化的环氧树脂降解的方法，ZL202010652768.2，一种降解酸酐固化环氧树脂材料制芳香多元醇的方法，发明专利申请号202111093677.0，一种微波降解环氧树脂的方法，发明专利申请号202011446491.4）。其中降解产物双酚A二甘油醚为一种芳香多元醇，可作为多元醇原料重新用于聚氨酯合成，制备聚氨酯弹性体、聚氨酯硬泡、软泡、聚氨酯防水材料等（一种新型聚氨酯材料及其制备方法，发明专利申请号202111262805.X）；另一种降解产物甲基四氢邻苯二甲酸可作为制备固化剂甲基四氢苯酐的原料，再次用于环氧树脂的固化过程；回收碳纤维或玻璃纤维，强度损失小，可制成纤维短切丝，与其它热塑性或热固性树脂再次复合。整个过程树脂降解率大于99%，回收率大于95%，纤维回收率大于96%，纤维强度损失小于5%；另外控制酸酐固化环氧树脂解聚程度还可制备多孔材料（一种由酸酐固化环氧树脂制备多孔材料及化学品的方法，发明专利申请号202210154022.8）。与传统高温热解方法相比，该酸酐固化环氧树脂化学解聚系列技术具有解聚条件温和，能耗低，反应选择性好，降解体系可循环使用，纤维损伤小，产品附加值高，市场需求大，生产过程无小分子废气排放等优点。
该方法不仅力求“吃干榨净”，同时提升了经济效益，真正实现了基体树脂和增强材料的循环利用。
回收及综合利用不仅仅是复合材料企业应对生态文明建设和生存的被动选择，更是行业实现高质量发展的必然选择。叶片等复合材料固体废物的回收及综合利用是个系统工程，是保证清洁能源健康发展的基础。因此，尽快落实叶片等复合材料固体废物回收处置及综合利用技术；建设行业标准、技术规范、认证体系、建立合理的商业发展模式等都显得尤为迫切。
（部分内容摘自：山西煤化所官网）
本文转载自纤维复合材料再生利用
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目前，全国仅风电碳梁用碳纤维增强酸酐固化环氧树脂产量为2-3万吨/年。制造过程中产生的下脚料、测试材料以及达到使用寿命的材料，都面临回收难题。从风电机组服役年限来看，到2025年，我国将迎来一大波风电叶片报废潮；到2030年，我国将有超过3万台风电机组面临换新，而到2035年，这一数字将超过9万台。而复合材料中碳纤维价格昂贵，被称为“黑色黄金”。
叶片及复合材料回收技术经过多年的研究和试验，虽然有了多种技术路线方向，但由于其特殊性及回收成本原因，收集非常困难，导致下游综合利用技术的研究滞后。目前回收处置多以填埋、焚烧、热解等方式为主，不仅会释放芳烃物质和有毒气体，造成陆地和空气污染问题；而且是一种资源的严重浪费，造成巨大的经济损失。还由于回收综合利用价值极低，导致企业缺乏投资积极性。
中国科学院山西煤炭化学研究所侯相林、邓天昇研究团队，在温和条件下选择性断裂酸酐固化环氧树脂中的酯键，回收降解产物双酚A二甘油醚、甲基四氢邻苯二甲酸，以及复合材料中的碳纤维或玻璃纤维等，实现酸酐固化环氧树脂基复合材料的全组分回收，该技术已申请系列国家发明专利，其中已授权一项（一种催化酸酐固化的环氧树脂降解的方法，ZL202010652768.2，一种降解酸酐固化环氧树脂材料制芳香多元醇的方法，发明专利申请号202111093677.0，一种微波降解环氧树脂的方法，发明专利申请号202011446491.4）。其中降解产物双酚A二甘油醚为一种芳香多元醇，可作为多元醇原料重新用于聚氨酯合成，制备聚氨酯弹性体、聚氨酯硬泡、软泡、聚氨酯防水材料等（一种新型聚氨酯材料及其制备方法，发明专利申请号202111262805.X）；另一种降解产物甲基四氢邻苯二甲酸可作为制备固化剂甲基四氢苯酐的原料，再次用于环氧树脂的固化过程；回收碳纤维或玻璃纤维，强度损失小，可制成纤维短切丝，与其它热塑性或热固性树脂再次复合。整个过程树脂降解率大于99%，回收率大于95%，纤维回收率大于96%，纤维强度损失小于5%；另外控制酸酐固化环氧树脂解聚程度还可制备多孔材料（一种由酸酐固化环氧树脂制备多孔材料及化学品的方法，发明专利申请号202210154022.8）。与传统高温热解方法相比，该酸酐固化环氧树脂化学解聚系列技术具有解聚条件温和，能耗低，反应选择性好，降解体系可循环使用，纤维损伤小，产品附加值高，市场需求大，生产过程无小分子废气排放等优点。
该方法不仅力求“吃干榨净”，同时提升了经济效益，真正实现了基体树脂和增强材料的循环利用。
回收及综合利用不仅仅是复合材料企业应对生态文明建设和生存的被动选择，更是行业实现高质量发展的必然选择。叶片等复合材料固体废物的回收及综合利用是个系统工程，是保证清洁能源健康发展的基础。因此，尽快落实叶片等复合材料固体废物回收处置及综合利用技术；建设行业标准、技术规范、认证体系、建立合理的商业发展模式等都显得尤为迫切。
（部分内容摘自：山西煤化所官网）
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