CN103517947A - 一种增强复合材料及其回收方法 - Google Patents

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CN103517947A CN201280020299.6A CN201280020299A CN103517947A CN 103517947 A CN103517947 A CN 103517947A CN 201280020299 A CN201280020299 A CN 201280020299A CN 103517947 A CN103517947 A CN 103517947A
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Abstract

本发明涉及一种新型的纤维增强可降解环氧树脂复合材料、及其制备和回收方法。增强复合材料包含增强材料和来自于如式I表示固化剂的交联聚合物基体,其中,R1是氢原子、烷基、环烷基、杂环烷基、烯基、环烯基、芳香基、杂芳香基、烷氧烷基或炔基中的一种;A是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;B是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;R2是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种;R3是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种。

Description

一种增强复合材料及其回收方法
相关专利申请的交叉引用
本专利要求国际申请号PCT/CN2011/076980,申请日2011年7月8日的国际申请的优先权并受益于该国际申请,本申请在此引用该国际申请的全部内容。
技术领域
本专利属于复合材料和环氧树脂领域,特别属于可回收复合材料和可再利用/可降解环氧树脂领域。
发明背景
环氧树脂作为粘合剂和涂料具有大规模的全球市场,也是用于制造纤维增强塑料(FRP)的工业标准热塑性基质之一。FRPs是由聚合物基质和纤维,如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、天然纤维或其他纤维组成的复合材料。纤维有助于加强塑料在强度和弹性等方面的性能。FRPs通常也被称为“塑料复合材料”,或简单的称为“复合材料”。“塑料复合材料”也包含非纤维材料,如金属或纳米材料。塑料复合材料可作为其他结构材料(如钢或铝)的轻质替代品,广泛应用于汽车,航空航天,航海工艺,风能,和体育用品行业。轻质复合材料,有利于提高能源效率,从而具有巨大的环境效益,然而,热固性塑料复合材料在环境中的持久性和可回收等方面的限制抵消了其正面影响,可以预测日益增长的风力发电产业必定会造成废旧材料垃圾堆积就是一个典型的例子。近年风电行业突飞猛进,眼下世界风电量是1980年的10倍;同时,风电叶轮直径超过60米,增长了8倍。风电机叶片的材料消耗量很大。专家预计:2034年世界回收叶片材料约22.5万吨/年。风力叶片用的纤维增强环氧树脂复合材料中环氧树脂重量百分比通常是在25-40%的范围内,原材料组分(例如塑性基质和纤维)通常是石油化工制品,价格较贵,因此,环境和经济都促使了新型可回收纤维增强环氧树脂复合材料的发展。
最普遍的环氧树脂配方含有双环氧化合物(树脂)和聚胺化合物(固化剂),本质上可以形成具有无限分子量的交联聚合网状结构。“树脂”与“固化剂”的组合有时被称为“固化后环氧树脂”、“固化后树脂”或者简单的叫做“树脂”或“环氧树脂”。这种环氧树脂配方在复合材料上的广泛应用是由于其固化前优异的加工性能和固化后优异的附着力、机械强度、热分散性、电学性能、耐化学性等。此外,固化后环氧树脂的高密度、三维网状结构使其成为极其耐用坚硬的材料,可以承受大范围的环境条件的影响。同时,固化后环氧树脂的交联网状结构使其去除、回收和再利用特别困难。本质上,通常使用聚胺与环氧树脂复配发生的交联反应是不可逆的,因此,这种物质不能重新熔解、不能无损的重新成型、也不能轻易的溶解。因为环氧树脂基质与纤维不容易分离回收,相应的,纤维增强环氧树脂类的复合材料也不便于回收。
已报道的纤维复合材料回收工艺大致有三种:填埋法、焚化法和粉碎法。焚化法虽然可以回收部分能量,但是焚烧过程又需要消耗大量能源,而且从环境角度来看还是存在着问题。一种新型的回收碳纤维复合材料技术能使复合材料中的塑性基质通过特殊焚烧炉除去,残留的碳纤维可以回收再用,虽然这种方法向可持续性发展方向迈进了一步,但是其并不能代表能完全回收再用,这是因为塑性基质在回收过程中被销毁而无法回收再利用。
在以往的技术中,没有例子报道过使用可再利用环氧树脂复配物制造复合材料,本发明涉及的使用可再用和/或者可降解环氧树脂复配物制造复合材料是未见报道的,此外,可降解环氧树脂复合材料的回收利用,即环氧树脂和增强材料回收效率高。
发明内容
本发明涉及一种增强复合材料,它包含增强材料和交联聚合物基体(优选的交联环氧树脂基体),其中,交联聚合物中的交联基团来自于如下结构通式I表示的固化剂:
Figure BDA0000401920110000021
其中:
R1是氢原子、烷基、环烷基、杂环烷基、烯基、环烯基、芳香基、杂芳香基、烷氧烷基或炔基中的一种;
A是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;
B是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;
R2是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种;
R3是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种。
本发明所述增强复合材料的交联环氧树脂基体由可降解的固化剂、环氧树脂和辅助材料组成,所述固化剂具有如下结构通式I:
Figure BDA0000401920110000031
其中:
R1是氢原子、烷基、环烷基、杂环烷基、烯基、环烯基、芳香基、杂芳香基、烷氧烷基或炔基中的一种;
A是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;
B是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;
R2是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种;
R3是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种。
本发明还涉及一种用于回收增强复合材料的方法,其中包含使用酸和溶剂降解交联聚合物基体的步骤,最好是在加热条件下(例如,在15‐400℃的温度下加热,优选温度为80~120℃,加热时间为1~24小时,优选加热时间4‐8小时)。
在本发明中所用的酸是盐酸,乙酸,乳酸,甲酸,丙酸,柠檬酸,甲磺酸,对甲苯磺酸,硝酸,硫酸,苯甲酸,邻苯二甲酸中至少一种,浓度范围为2‐90%(按重量计算),优选10‐20%(按重量计算)。
在本发明中所使用的溶剂是甲醇,乙醇,乙二醇,异丙醇,丁醇,戊醇,己醇,庚醇,辛醇,壬醇,和水中至少一种。
本发明中回收增强复合材料的方法还包括通过过滤和/或沉淀过程回收降解产物的步骤。
根据本发明,可以制备可完全回收的纤维增强复合材料,其中的交联环氧树脂基体由可降解固化剂和环氧树脂组成。此外,纤维增强复合材料的回收方法可以在相对温和的反应条件下进行,经济并且易于控制。
附图说明
图1显示了例12中所描述的可降解复合材料回收后得到的环氧聚合物和碳纤维。
图2显示了例13中所描述的可降解复合材料回收后得到的碳纤维。
图3显示了例14中所描述的非复合材料的性能。
本发明的优选实施方式
本发明涉及可回收的纤维增强树脂基复合材料的制备。具体地说,本发明涉及使用由双环氧树脂和可降解胺类固化剂组成的环氧树脂复配物来制造,建造,和/或者生产可降解纤维增强环氧复合材料。这种可回收的热固性复合材料可采用标准的复合材料制造技术,如湿法手糊成型,缠绕成型,真空灌注法,压缩成型等。这些材料具有优异的力学性能,可用于不同的复合材料应用领域。这些复合材料也可以在特定的条件下被降解,增强纤维以及环氧聚合物形式存在的环氧树脂组分都可分离和回收。因为制造复合材料中所用的环氧树脂基体来源于可再用环氧树脂复配物,所以这些复合材料可以回收利用。因此,通过本发明可以制造可回收的环氧树脂复合材料,通过溶液回收过程,其中的环氧树脂以及接触环氧树脂的组成部件都可以容易的分离和回收。
本发明采用可降解固化剂固化双环氧树脂并和纤维相结合制备纤维增强环氧树脂复合材料。环氧树脂复合材料在加热条件下,环氧树脂基体溶解在酸和溶剂的混合物中,从而被回收。在这些条件下能溶解环氧树脂基体是因为环氧基体之间的交联键在酸性条件下是不稳定的,会发生键裂解反应,其结果是,交联的环氧树脂被转换成单独的环氧聚合物(即环氧热塑性塑料),其在有机溶剂中是可溶的。一旦环氧基体充分溶解到溶液中时,纤维可从溶液中除去。环氧树脂分解的聚合产物可以通过用碱中和,沉淀,固‐液分离从回收溶液中回收得到。
具体的,本发明涉及使用可回收环氧树脂复配物来制造可回收纤维增强环氧树脂复合材料和复合材料回收过程,其中包括以下3个步骤:
步骤1:环氧树脂和可降解固化剂组成的可再用环氧树脂复配物的制备
优选的可降解固化剂含有酸敏基团,在酸性条件下这些基团可以分解。最优选的可降解聚胺类固化剂,如含缩乙醛和缩甲醛结构的胺类固化剂。优选的可降解固化剂系列可用于不同的双环氧化合物树脂。优选的可降解固化剂系列可以与常见的添加剂复配,如粘度调节剂,稀释剂,触变剂,填料,UV稳定剂,颜料,加成组分,光亮剂,粘合促进剂,促进剂和本领域其它常用的添加剂,可定制符合客户加工性能要求,或者客户最终性能要求的可回收环氧树脂复配物。
可降解固化剂的优选系列表示为下面的分子通式I:
Figure BDA0000401920110000051
其中:
R1是氢原子、烷基、环烷基、杂环烷基、烯基、环烯基、芳香基、杂芳香基、烷氧烷基或炔基中的一种;
A是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;
B是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;
R2是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种;
R3是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种。
在分子通式I中,R1优选是氢原子,C1‐12烷基,C3‐12环烷基,C6‐12芳基或C3‐11杂芳基,更优选为氢原子,C1‐6烷基,C4‐6环烷基,C6‐10芳基或C3‐8杂芳基,并且最优选氢原子,甲基,乙基,丙基,2‐丙基,丁基,戊基,己基,2‐丁基,或者叔丁基。
在分子通式I中,A优选是C1‐8亚烷基,C2‐12的亚烷基‐杂‐亚烷基,C4‐16亚烷基‐杂环基‐亚烷基,羰基或硫羰基,更优选为C1‐8亚烷基,C2‐8亚烷基‐杂‐亚烷基,或者C4‐10亚烷基‐杂环基‐亚烷基,最优选乙烯,丙烯。
在分子通式I中,B优选为C1‐8亚烷基,C2‐12亚烷基‐杂‐亚烷基,C4‐16亚烷基‐杂环基‐亚烷基,羰基或硫羰基,更优选为C1‐8亚烷基,C2‐8亚烷基‐杂亚烷基,或者C4‐10亚烷基‐杂环基‐亚烷基,最优选乙烯,丙烯。
在分子通式I中,R2优选为氢原子,C1‐8烷基,环烷基,杂环,芳基或杂芳基,每4至10元杂环烷基包含至少一个环氮原子和至少一个氨基为任选取代的环碳原子基,并且最优选氢原子,甲基,或乙基。
在分子通式I中,R3优选是氢原子,C1‐8烷基,环烷基,杂环基,芳基,或杂芳基,每个4至10元杂环烷基,包含至少一个环氮原子和至少一个氨基为任选取代的环碳原子基,并且最优选氢原子,甲基,或乙基。
下列化合物为本发明优选的可降解固化剂:
Figure BDA0000401920110000071
第2步:使用可再用环氧树脂复配物制备可降解纤维增强复合材料
步骤1中的可再用环氧树脂复配物与玻璃纤维,碳纤维,天然纤维,合成纤维或其它纤维材料结合可以制备纤维增强环氧树脂复合材料。步骤1中的可再用环氧树脂复配物可以和非纤维性增强材料,如纳米粒子,氮化硼,碳纳米管,炭黑,和其他非纤维性材料结合来制备复合材料。可降解环氧树脂组合物具有合适的特性,使它们适合使用标准热固性复合材料制造技术,如湿法手糊成型,缠绕成型,真空灌注法,压缩成型,树脂传递模塑成型。
第3步:回收可降解纤维增强环氧树脂复合材料
根据步骤2制备的复合材料的回收和其中物质的回收经过四步:1)复合材料放入含酸和溶剂的回收溶液;2)环氧树脂基体随后溶解;3)去除和回收纤维材料;4)碱中和以及非溶剂沉淀回收分解的环氧树脂基体。
环氧树脂在这些条件下是能够溶解的,因为环氧基体中的交联键对酸不稳定,交联基团中的缩乙醛和缩甲醛基团会发生键裂解反应。其结果是,交联的环氧树脂被转换成单独的环氧聚合物(即环氧热塑性塑料),其在有机溶剂中是可溶的。无论是纤维还是环氧聚合物都可以被分离,回收,并被再次使用,或者重新利用于其他应用领域。回收溶液含有无机酸或有机酸。具体的,适合环氧树脂基体降解的酸,不局限于一种酸,也可以是混合酸,如盐酸,乙酸,甲磺酸,对甲苯磺酸,硝酸,硫酸或其它酸。回收溶剂几乎可以是任何常用的溶剂,但最优选的溶剂是质子溶剂。具体的,并不局限于一种质子溶剂,也可以是混合的质子溶剂,如甲醇,乙醇,乙二醇,异丙醇,丁醇,戊醇,己醇,庚醇,辛醇或其他常见的醇。
目前热固性复合材料回收技术必须通过焚烧掉复合材料中的塑料组分后才能回收其中的增强材料,而本发明使用可再用环氧树脂复配物制备复合材料,复合材料中的塑性组分和增强材料都可以回收,回收更高效。具体为:
1.增强可降解环氧树脂复合材料的降解速度可通过改变可降解固化剂分子结构来实现。例如在酸性溶液中,缩酮胺类固化剂固化环氧树脂所得到的固化物的降解速度要比缩醛胺固化剂固化环氧树脂所得到的固化物的降解速度要快。
2.交联环氧树脂固化物可以降解形成热塑性环氧树脂聚合物,降解过程中只损失少量的缩醛基团,热塑性环氧树脂聚合物的质量回收率高,该聚合物可以加工用在工业用途上。
3.交联环氧树脂固化物和增强材料质量回收率在96%以上,回收的增强材料在酸性回收条件下稳定,表面干净,基本无缺损。
4.可降解环氧树脂复合材料的回收方法具有反应条件温和、经济、容易控制等优点。
示例
下文列述的是本发明化合物的制备和使用方法的实例。他们的目的是说明而不是以任何形式限制本发明的范围。
实施例1:固化剂A的制备
Figure BDA0000401920110000081
1000克N‐(2‐羟乙基)邻苯二甲酰亚胺,157克多聚甲醛,6.8克无水对甲苯磺酸,1.5升甲苯在室温下混合,DEAN‐STARK回流分水,反应20小时,反应结束,降到室温,加入2升60‐90℃沸程的石油醚,过滤,用1升60‐90℃沸程石油醚洗涤固体,固体干燥,得到950克粗品,加入3.4升20%氢氧化钠溶液,加热回流10小时,冷却,加入氯仿/异丙醇萃取,分层,有机相用无水硫酸钠干燥,减压蒸馏收集70Pa真空条件下,71‐72℃沸程馏分,得到200克无色液体A。1H NMR(CDCl3,400MHz):4.74(s,2H),3.59(t,J=5.2Hz,4H),2.89(t,J=5.2Hz,4H)。
实施例2:固化剂B的制备
Figure BDA0000401920110000091
1000克N‐(2‐羟乙基)邻苯二甲酰亚胺,280克2,2‐二甲氧基丙烷,8克无水对甲苯磺酸,1.5升甲苯在室温下混合,DEAN‐STARK回流分水,反应20小时,反应结束,降到室温,加入2升60‐90℃沸程的石油醚,过滤,用1升60‐90℃沸程石油醚洗涤固体,固体干燥,得到900克粗品,加入460克80%水合肼和600毫升乙醇,加热回流10小时,冷却,过滤,乙醇和二氯甲烷分别洗涤固体,有机相用无水硫酸钠干燥,减压蒸馏收集80Pa真空条件下,61‐64℃沸程馏分,得到200克无色液体B。1H NMR(CDCl3,400MHz):3.47(t,J=5.2Hz,4H),2.85(t,J=5.2Hz,4H),1.38(s,6H)。
实施例3:可再用环氧树脂复配物和碳纤维复合材料的制备
室温下20克固化剂A与112克双酚A环氧树脂828(环氧当量185‐192)混合搅拌均匀制备成可再用环氧树脂复配物,该复配物通过手糊成型方法渗透三层碳纤维布(3K),80度下加热2小时,125度下加热1小时至完全固化,制备成碳纤维复合材料试样。
实施例4:可再用环氧树脂复配物和碳纤维复合材料的制备
室温下20克固化剂B与93克双酚A环氧树脂828(环氧当量185‐192)混合搅拌均匀制备成可再用环氧树脂复配物,该复配物通过手糊成型方法渗透三层碳纤维布(3K),80度下加热2小时,125度下加热1小时至完全固化,制备成碳纤维复合材料试样。
实施例5:可降解环氧树脂复合材料的回收
0.42克实施例3中碳纤维复合材料样品加入到10毫升浓盐酸和55毫升乙二醇中,搅拌加热到150‐155度,4小时后趁热过滤,将碳纤维布与有机溶液分离,有机溶液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到可再利用的热固性环氧树脂分解产物。碳纤维和热固性环氧树脂分解产物的质量回收率在96%以上,回收纤维表面干净,基本无缺损。
实施例6:可降解环氧树脂复合材料的回收
0.5克实施例4中碳纤维复合材料样品加入到10毫升浓盐酸和90毫升乙二醇中,搅拌加热到150‐155度,4小时后趁热过滤,将碳纤维布与有机溶液分离,有机溶液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到可再利用的热固性环氧树脂分解产物。碳纤维和热固性环氧树脂分解产物的质量回收率在96%以上,回收纤维表面干净,基本无缺损。
实施例7:可降解环氧树脂复合材料的回收
0.27克实施例3中的样品加入到10毫升浓盐酸和90毫升丁醇中,搅拌加热到120度,4小时后趁热过滤,将碳纤维布与有机溶液分离,有机溶液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到可再利用的热固性环氧树脂分解产物。碳纤维和热固性环氧树脂分解产物的质量回收率在96%以上,回收纤维表面干净,基本无缺损。
实施例8:可降解环氧树脂复合材料的回收
0.64克实施例3中的样品加入到10毫升浓盐酸和90毫升乙二醇中,搅拌加热到120度,4小时后趁热过滤,将碳纤维布与有机溶液分离,有机溶液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到可再利用的热固性环氧树脂分解产物。碳纤维和热固性环氧树脂分解产物的质量回收率在96%以上,回收纤维表面干净,基本无缺损。
实施例9:可降解环氧树脂复合材料的回收
0.54克实施例4中的样品加入到20毫升醋酸,40毫升乙醇和40毫升水中,搅拌加热到80度,4小时后趁热过滤,将碳纤维布与有机溶液分离,有机溶液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到可再利用的热固性环氧树脂分解产物。碳纤维和热固性环氧树脂分解产物的质量回收率在98%以上,回收纤维表面干净,基本无缺损。
实施例10:可降解环氧树脂复合材料的回收
0.44克实施例4中的样品加入到20毫升醋酸,40毫升乙二醇和40毫升水中,搅拌加热到80度,4小时后趁热过滤,将碳纤维布与有机溶液分离,有机溶液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到可再利用的热固性环氧树脂分解产物。碳纤维和热固性环氧树脂分解产物的质量回收率在98%以上,回收纤维表面干净,基本无缺损。
实施例11:可降解环氧树脂复合材料的回收
0.3克实施例4中的样品加入到10毫升醋酸,50毫升乙醇和40毫升水中,搅拌加热到80度,4小时后趁热过滤,将碳纤维布与有机溶液分离,有机溶液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到可再利用的热固性环氧树脂分解产物。碳纤维和热固性环氧树脂分解产物的质量回收率在98%以上,回收纤维表面干净,基本无缺损。
实施例12:碳纤维手机外壳的制备和回收
碳纤维手机外壳的制备方法同实施例4,通过手糊成型方法渗透三层碳纤维布(3K),80度下加热2小时,125度下加热1小时至完全固化,制备成12.9克重的碳纤维复合材料手机外壳。该手机外壳样品加入到50毫升醋酸,250毫升乙醇和200毫升水中,搅拌加热到80度,5小时后趁热过滤,将碳纤维布与有机溶液分离,回收得到7.87克碳纤维布,表面干净,基本无缺损。有机溶液用20%氢氧化钠溶液中和,析出固体,用水洗涤,干燥后得到4.82克白色固体粉末,该粉末为可再利用的热固性环氧树脂分解产物。碳纤维和热固性环氧树脂分解产物的质量回收率在98%以上。热固性环氧树脂分解产物通过GPC检测,Mn=125KDa;Mw=193KDa;PDI=1.53。环氧树脂降解后的副产物的磁共振氢谱和乙醇胺与双酚A二缩水甘油基醚的聚合物的磁共振氢谱相似。
实施例13:碳纤维板的制备和回收示范。
使用可再用环氧树脂复配物制备碳纤维示范板的方法类似实施例3,通过平板模具,2层编织碳纤维布(3K)通过真空灌注方法成型,80度下加热2小时,然后125度下加热1小时,脱模得到10cm*8cm的碳纤维板。该碳纤维板加入到50毫升浓盐酸和450毫升乙二醇中,搅拌加热到110‐115度,4小时后趁热过滤,将碳纤维布与有机溶液分离,回收得到的碳纤维布表面干净,基本无缺损。
实施例14:非复合材料的性能比较。
固化剂A和其他胺类固化剂(
Figure BDA0000401920110000121
EDR‐148和D‐230)固化的非复合环氧树脂体系进行固化物性能测试。将固化剂与环氧树脂828(环氧当量为185‐192)混合,然后80度下加热2小时,125度下加热1小时至完全固化,根据相关GB标准进行测试。数据显示用固化剂A固化的非复合环氧树脂体系的部分力学性能可以匹配用其他固化剂胺(
Figure BDA0000401920110000122
EDR‐148和D‐230)固化的。
上述所描述的这些例子也证实了可降解固化剂的分子结构能够调节可再用环氧树脂复配物的降解特性以及由其制备成的复合材料的降解性能。例如,在实施例8的复合材料,是来自于使用固化剂A得到的可再用环氧树脂复配物,与缩甲醛有关联。该复合材料需要在更强的酸性和较高的温度条件下降解。另一方面,实施例9中,采用固化剂B得到的可再用环氧树脂复配物,该复配物制造的复合材料在更弱的酸性条件和较低的温度下容易降解。含缩酮基团的固化剂B比含缩甲醛基团的固化剂在酸性条件下更容易水解。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员而言,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改,等同替换,改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种增强复合材料,包含交联聚合物基体和增强材料,其特征在于,交联聚合物中的交联基团来自于如下结构通式表示的固化剂:
Figure FDA0000401920100000011
其中:
R1是氢原子、烷基、环烷基、杂环烷基、烯基、环烯基、芳香基、杂芳香基、烷氧烷基或炔基中的一种;
A是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;
B是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;
R2是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种;
R3是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种。
2.根据权利要求1所述增强复合材料,其特征在于,所述交联聚合物是一种交联环氧树脂。
3.根据权利要求2所述增强复合材料,其特征在于,所述环氧树脂是缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环族环氧树脂、脂肪族环氧树脂和酚醛环氧树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的增强复合材料,其特征在于,所述增强材料是一种纤维材料或非纤维材料。
5.根据权利要求4所述的增强复合材料,其特征在于,所述纤维材料是玻璃纤维、碳纤维、天然纤维和化学纤维中的至少一种,非纤维材料是碳纳米管、炭黑、金属纳米粒子、有机纳米粒子、氧化铁和氮化硼中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的增强复合材料,其特征在于,所述交联聚合物基体是由可降解固化剂、环氧树脂和辅助材料制备而成,所述可降解固化剂有如下结构通式:
Figure FDA0000401920100000021
其中:
R1是氢原子、烷基、环烷基、杂环烷基、烯基、环烯基、芳香基、杂芳香基、烷氧烷基或炔基中的一种;
A是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;
B是烷基、烯基、亚烯基、亚烷基‐杂‐亚烷基、亚烷基‐杂环‐亚烷基、亚烷基、亚烷基‐氧‐亚烷基、1,4‐烷基取代哌嗪、羰基、硫羰基中的一种;
R2是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种;
R3是氢原子、烷基、氨基烷基、烷基‐氨基‐烷基、环烷基、杂环基、烯基、芳香基或者杂芳香基中的一种。
7.根据权利要求6所述的增强复合材料,其特征在于,辅助材料是促进剂、稀释剂、增韧剂、增稠剂、粘合促进剂、增白剂、颜料、加成组分、偶联剂、填料、装饰组分、触变剂、荧光基团、紫外线吸收剂、抗氧化剂和光亮添加剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的增强复合材料,其特征在于,增强复合材料的制备方法是湿法手糊成型、真空灌注法、缠绕法、树脂传递模塑法中的至少一种。
9.一种权利要求1至8中所述增强复合材料的回收方法,其特征在于,回收方法包括一个使用酸和溶剂降解交联聚合物基体的步骤。
10.根据权利要求9所述的回收方法,其特征在于,所述降解是在加热条件下进行的。
11.根据权利要求9所述的回收方法,其特征在于,所述酸为盐酸、乙酸、乳酸、甲酸、丙酸、柠檬酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、硝酸、硫酸、苯甲酸和邻苯二甲酸中的至少一种。
12.根据权利要求9所述的回收方法,其特征在于,所述溶剂是甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇和水中的至少一种。
13.根据权利要求9所述的回收方法,其特征在于,所述酸的浓度为2‐90%(按重量计算),优选浓度为10‐20%(按重量计算)。
14.根据权利要求9所述的回收方法,其特征在于,所述加热温度为15‐400摄氏度,优选温度为80‐120摄氏度,加热时间为1‐24小时,优选加热时间为4‐8小时。
15.根据权利要求9所述的回收方法,其特征在于,回收方法还包括一个通过过滤和/或沉淀过程回收降解产物的步骤。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105216136A (zh) * 2014-06-27 2016-01-06 卡米尔工矿业协助公司 脉冲功率再循环含增强物和基体的复合材料的装置和方法
CN107636054A (zh) * 2015-05-01 2018-01-26 艾达索高新材料无锡有限公司 一种降解和回收交联聚合物或增强复合材料的方法
CN112029072A (zh) * 2020-07-24 2020-12-04 艾达索高新材料芜湖有限公司 一种可降解环氧smc树脂
CN112029239A (zh) * 2020-07-24 2020-12-04 艾达索高新材料芜湖有限公司 一种可降解阻燃环氧smc树脂组合物
CN116274307A (zh) * 2023-05-17 2023-06-23 国能龙源环保有限公司 废弃风电叶片资源化处理的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2118171A (en) * 1982-01-29 1983-10-26 Ajinomoto Kk Bis-hydrazide latent curing agents for epoxy resins
CN1980973A (zh) * 2004-06-21 2007-06-13 亨斯迈先进材料(瑞士)有限公司 环氧树脂固化剂
WO2009126933A2 (en) * 2008-04-11 2009-10-15 Alnylam Pharmaceuticals, Inc. Site-specific delivery of nucleic acids by combining targeting ligands with endosomolytic components
CN101775194A (zh) * 2010-02-10 2010-07-14 上海理工大学 一种碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法
US20110152448A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 Hexion Specialty Chemicals, Inc. Epoxy resin curing compositions and epoxy resin systems including same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2118171A (en) * 1982-01-29 1983-10-26 Ajinomoto Kk Bis-hydrazide latent curing agents for epoxy resins
CN1980973A (zh) * 2004-06-21 2007-06-13 亨斯迈先进材料(瑞士)有限公司 环氧树脂固化剂
WO2009126933A2 (en) * 2008-04-11 2009-10-15 Alnylam Pharmaceuticals, Inc. Site-specific delivery of nucleic acids by combining targeting ligands with endosomolytic components
US20110152448A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 Hexion Specialty Chemicals, Inc. Epoxy resin curing compositions and epoxy resin systems including same
CN101775194A (zh) * 2010-02-10 2010-07-14 上海理工大学 一种碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105216136A (zh) * 2014-06-27 2016-01-06 卡米尔工矿业协助公司 脉冲功率再循环含增强物和基体的复合材料的装置和方法
CN105216136B (zh) * 2014-06-27 2019-12-03 卡米尔工矿业协助公司 脉冲功率再循环含增强物和基体的复合材料的装置和方法
CN107636054A (zh) * 2015-05-01 2018-01-26 艾达索高新材料无锡有限公司 一种降解和回收交联聚合物或增强复合材料的方法
CN112029072A (zh) * 2020-07-24 2020-12-04 艾达索高新材料芜湖有限公司 一种可降解环氧smc树脂
CN112029239A (zh) * 2020-07-24 2020-12-04 艾达索高新材料芜湖有限公司 一种可降解阻燃环氧smc树脂组合物
CN116274307A (zh) * 2023-05-17 2023-06-23 国能龙源环保有限公司 废弃风电叶片资源化处理的方法

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