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日本开发出新系统,可对碳纤维增强复合材料回收再利用

日本开发出新系统,可对碳纤维增强复合材料回收再利用
图1:在多肽水溶液中分解环氧树脂的回收系统。资料来源:日本国家材料科学研究所
 
环氧树脂是一种热固性树脂,常用在胶水、涂料和复合材料中。日前,日本国家材料科学研究所(NIMS)和新结构材料技术研究团队(ISMA)开发出一种新的,能够在自然衍生的多肽水溶液中轻松分解环氧树脂。该系统的应用可以促进塑料的再利用和再循环,包括碳纤维与环氧树脂基体相结合的碳纤维增强复合材料,目前在工业制品中广泛使用。

塑料造成的环境污染,特别是对海洋环境造成的污染,已引起全球的关注,人类迫切需要对塑料垃圾进行回收的方法。目前,有些国家已经开发出了通过热解和化学分解将用于容器和包装的热塑性树脂进行回收的方法,并正在尝试将回收工厂投入实际应用。另一方面,包括环氧树脂在内的热固性树脂,由于其热降解性差,在可用溶剂中的溶解度低,回收方法尚未开发出来。

该研究团队最近开发出了一种环氧树脂回收方法,该方法可以在天然生成的肽谷胱甘肽水溶液中轻松分解环氧树脂。谷胱甘肽具有清除人体有毒物质的能力。受这个解毒反应的启发,研究团队通过在环氧树脂中加入二硫基来修改环氧树脂的结构,使树脂分子可被谷胱甘肽的硫醇基。在该体系中,环氧树脂浸泡在谷胱甘肽水溶液中完全溶解,不留下任何固体残留物。分解后的环氧树脂残留物被回收并再次转化为环氧树脂。回收树脂的存储模量(刚度指标)与原始树脂几乎相同,其性能仅受到重复回收的轻微影响。因为谷胱甘肽很少发生在生物体之外,所以在正常情况下,它不会意外分解仍在使用的环氧树脂。
 
日本开发出新系统,可对碳纤维增强复合材料回收再利用
图2:碳纤维布回收系统。资料来源:日本国家材料科学研究所
 
目前还没有其他成熟的回收技术能够将很大程度上不燃的碳纤维增强复合材料分离成碳纤维和树脂,并回收这些材料。使用该回收系统可以促进碳纤维布的回收利用。此外,该系统适用于除环氧树脂外的其他类型树脂和复合材料的回收。未来,该研究团队计划将该系统应用于各种常用塑料材料的回收利用,从而促进循环塑料经济的发展。

该研究成果发表在了2021年7月16日出版的《先进材料科学与技术》期刊上。

本文由中国复合材料工业协会编译,文章不用于商业目的,仅供行业人士交流。转载请注明来自中国复合材料工业协会。

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