輕質(zhì)、高度耐用的纖維增強環(huán)氧復(fù)合材料由嵌入聚合物基體中的玻璃纖維或碳纖維組成，是對制造汽車、船舶、飛機和風力渦輪機葉片至關(guān)重要的高性能材料。
到2025年，每年將由大約25000噸的風電葉片到達其運營期限。傳統(tǒng)上，由于環(huán)氧樹脂的化學特性，風力渦輪機葉片很難回收，因為環(huán)氧樹脂是一種彈性物質(zhì)，且被認為是一種不可能分解成可重復(fù)使用的成分。環(huán)氧樹脂不可生物降解，焚燒時會釋放有毒氣體，最終導致填埋成為處理它們的主要途徑。
由于效率低下和不可持續(xù)，風力渦輪機葉片的填埋已被多個歐洲國家禁止，預(yù)計以后還會有更多國家實施。因此，對環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料可行的回收策略的需求迫切。
目前新發(fā)現(xiàn)的工藝是回收策略的概念驗證，可以應(yīng)用于絕大多數(shù)現(xiàn)有的風力渦輪機葉片和目前正在生產(chǎn)的葉片，以及其他環(huán)氧樹脂基材料。
具體來說，研究人員表明，通過使用釕基催化劑和溶劑異丙醇和甲苯，他們可以分離環(huán)氧樹脂基質(zhì)并釋放環(huán)氧聚合物的原始結(jié)構(gòu)單元之一，雙酚A和完整的玻璃纖維一個單一的過程。
然而，該方法還不能立即擴展，因為催化系統(tǒng)的效率不足以進行工業(yè)實施——而且釕是一種稀有且昂貴的金屬。因此，奧胡斯大學的科學家們正在繼續(xù)改進這種方法。
“盡管如此，我們認為這是開發(fā)耐用技術(shù)的重大突破，可以為環(huán)氧基材料創(chuàng)造循環(huán)經(jīng)濟。這是化學過程的首次發(fā)表，可以選擇性地分解環(huán)氧樹脂復(fù)合材料并分離出最重要的材料之一。該研究的主要作者之一 Troels Skrydstrup 說：“環(huán)氧聚合物以及玻璃或碳纖維的重要組成部分，不會在此過程中損壞后者。”
Troels Skrydstrup 是奧胡斯大學化學系和跨學科納米科學中心 (iNANO) 的教授。該研究得到了CETEC項目（熱固性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料循環(huán)經(jīng)濟）的支持，該項目是維斯塔斯、奧林公司、丹麥技術(shù)研究所和奧胡斯大學之間的合作伙伴關(guān)系。
本篇研究中，研究人員使用了一種Ru催化的脫氫/鍵斷裂/還原串聯(lián)反應(yīng)，來斷裂聚合物中最常見的C(烷基)-O鍵，可以用于斷開與 BPA 基體相鄰的 C（烷基）-O 單鍵。研究者展示了這種方法在未經(jīng)修改的胺固化環(huán)氧樹脂以及商業(yè)復(fù)合材料中的應(yīng)用，包括風能渦輪葉片的外殼。研究者的結(jié)果表明，對熱固性環(huán)氧樹脂和復(fù)合材料進行化學回收是可行的。
對于環(huán)氧樹脂的催化解構(gòu)實驗證明，催化反應(yīng)4天時間，可將回收81%的 BPA 量。
通過可用于胺固化環(huán)氧樹脂分子分解的通用方法，研究者轉(zhuǎn)向研究該協(xié)議對纖維增強環(huán)氧復(fù)合材料的解構(gòu)的適用性，除聚合物基體外，該復(fù)合材料還含有高重量百分比的纖維。在不做任何預(yù)處理的情況下，3 天后，復(fù)合材料明顯分離成松散的纖維。傾析反應(yīng)混合物；洗滌后，回收了57wt% 的碳纖維，并且從溶液中分離出了13wt% 的BPA。
后續(xù)測試了一塊最先進的退役風力渦輪機葉片的外殼。這種商用復(fù)合材料樣品經(jīng)過催化后徹底分解，得到50wt% 的玻璃纖維和19wt% 的BPA。
總之，對于從報廢復(fù)合材料中回收的組分，可以考慮實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟。從回收得到的高純度的雙酚A理論上可以在環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯或聚酯等已有生產(chǎn)鏈中再次使用，替代從石油原料生產(chǎn)的原始BPA。研究者的催化過程可以被視為一個概念驗證，證明對這些有價值且相關(guān)的材料實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟是可行的。
