專題報告

日本開發出新系統，可對碳纖維增強復合材料回收再利用

更新時間：2021-08-31 10:37:13 編輯：秘書處瀏覽：2708

圖1：在多肽水溶液中分解環氧樹脂的回收系統。資料來源:日本國家材料科學研究所

環氧樹脂是一種熱固性樹脂，常用在膠水、涂料和復合材料中。日前，日本國家材料科學研究所（NIMS）和新結構材料技術研究團隊（ISMA）開發出一種新的，能夠在自然衍生的多肽水溶液中輕松分解環氧樹脂。該系統的應用可以促進塑料的再利用和再循環，包括碳纖維與環氧樹脂基體相結合的碳纖維增強復合材料，目前在工業制品中廣泛使用。

塑料造成的環境污染，特別是對海洋環境造成的污染，已引起全球的關注，人類迫切需要對塑料垃圾進行回收的方法。目前，有些國家已經開發出了通過熱解和化學分解將用于容器和包裝的熱塑性樹脂進行回收的方法，并正在嘗試將回收工廠投入實際應用。另一方面，包括環氧樹脂在內的熱固性樹脂，由于其熱降解性差，在可用溶劑中的溶解度低，回收方法尚未開發出來。

該研究團隊最近開發出了一種環氧樹脂回收方法，該方法可以在天然生成的肽谷胱甘肽水溶液中輕松分解環氧樹脂。谷胱甘肽具有清除人體有毒物質的能力。受這個解毒反應的啟發，研究團隊通過在環氧樹脂中加入二硫基來修改環氧樹脂的結構，使樹脂分子可被谷胱甘肽的硫醇基。在該體系中，環氧樹脂浸泡在谷胱甘肽水溶液中完全溶解，不留下任何固體殘留物。分解后的環氧樹脂殘留物被回收并再次轉化為環氧樹脂。回收樹脂的存儲模量(剛度指標)與原始樹脂幾乎相同，其性能僅受到重復回收的輕微影響。因為谷胱甘肽很少發生在生物體之外，所以在正常情況下，它不會意外分解仍在使用的環氧樹脂。

圖2：碳纖維布回收系統。資料來源:日本國家材料科學研究所

目前還沒有其他成熟的回收技術能夠將很大程度上不燃的碳纖維增強復合材料分離成碳纖維和樹脂，并回收這些材料。使用該回收系統可以促進碳纖維布的回收利用。此外，該系統適用于除環氧樹脂外的其他類型樹脂和復合材料的回收。未來，該研究團隊計劃將該系統應用于各種常用塑料材料的回收利用，從而促進循環塑料經濟的發展。

該研究成果發表在了2021年7月16日出版的《先進材料科學與技術》期刊上。

本文由中國復合材料工業協會編譯，文章不用于商業目的，僅供行業人士交流。轉載請注明來自中國復合材料工業協會。

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