JP2018177970A - Method and composition for depolymerization of epoxy resin cured article using transition metal salt or transition metal oxide - Google Patents

Method and composition for depolymerization of epoxy resin cured article using transition metal salt or transition metal oxide Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a depolymerization method of an epoxy resin capable of depolymerizing an epoxy resin cured article extremely simply at high speed under a condition of 200°C or lower, preferably 100°C or lower, and capable of reducing process cost and required energy, and a composition using the same.SOLUTION: There is provided a depolymerization method of an epoxy cured article, in which a depolymerization of an epoxy resin can be conducted extremely easily at high speed under a condition of 200°C or lower, preferably 100°C or lower by using a composition containing transition metal salt containing transition metal element (metal element belonging to 3 to 12 group in the periodic table) or transition metal oxide and a reaction solvent, and depolymerizing and decomposing an epoxy resin cured article as an oxidation reaction via the transition metal element is generated by the reaction solvent, and process cost and required energy can be reduced. There is provided a composition for depolymerization of the epoxy resin cured article, in which dielectric constant of the reaction solvent is 65 or more, preferably 70 or more, more preferably 75 or more, especially preferably 80 or more, and the reaction solvent is based on HO, preferably water.SELECTED DRAWING: None

Description

本明細書は、遷移金属塩または遷移金属酸化物を用いたエポキシ樹脂硬化物の解重合方法及びそのための組成物に係り、具体的には、遷移金属を含む遷移金属塩または遷移金属酸化物を用いたエポキシ樹脂硬化物を解重合する方法とこれに用いられる組成物、エポキシ樹脂硬化物からフィラーを分離するための方法、これにより得られたフィラーなどに関する。   The present specification relates to a depolymerization method of epoxy resin cured product using transition metal salt or transition metal oxide, and composition therefor, specifically, transition metal salt or transition metal oxide containing transition metal The present invention relates to a method for depolymerizing a cured epoxy resin product, a composition used therefor, a method for separating a filler from the cured epoxy resin product, and a filler obtained thereby.

エポキシ樹脂は、分子内に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ単量体を硬化剤と混合させたときに生じるエポキシ基の開環によって形成されたネットワーク高分子からなる熱硬化性樹脂である。エポキシ樹脂は化学成分に対する抵抗性、耐久性に優れ且つ硬化時の体積収縮率が低いため、接着剤、塗料、電子・電気、土木・建築などの産業分野全般において必須な高機能性資材として用いられている。   The epoxy resin is a thermosetting resin comprising a network polymer formed by the ring opening of an epoxy group which is generated when an epoxy monomer having two or more epoxy groups in the molecule is mixed with a curing agent. Epoxy resin is highly resistant to chemical components, has excellent durability, and has a low volumetric shrinkage rate during curing, so it is used as an essential high-performance material in all industrial fields such as adhesives, paints, electronics, electricity, civil engineering and construction It is done.

最近、重要な件になっている複合素材分野においてエポキシ樹脂は、多様なフィラー物質と組み合わされて宇宙航空分野、情報通信技術分野、新エネルギー分野などの様々なところで用いられるようになったことから、世界的にその需要が増加しつつある。特に、炭素繊維と混合してなる炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は、軽量で且つ優れた物理的特性と耐久性を示すため、自動車分野や宇宙航空分野で核心的な素材として広く用いられている。また、エポキシ樹脂は、他の高分子樹脂物質と混合してより高性能の材料を作製するにも広く用いられている。   In recent years, epoxy resin has been used in various fields such as aerospace field, information communication technology field, new energy field, etc. in combination with various filler materials in composite material field which has become an important matter. The demand is increasing worldwide. In particular, carbon fiber reinforced plastic (CFRP) mixed with carbon fiber is widely used as a core material in the automotive field and the aerospace field because it is lightweight and exhibits excellent physical properties and durability. . Epoxy resins are also widely used to make higher performance materials by mixing with other polymeric resin materials.

エポキシ樹脂は、硬化後に3次元的な網状架橋構造を形成し、この構造は化学薬品に非常に強い特性を持っている。これは、材料に優れた耐久性や耐食性を与えるという長所を持っているが、一方では、使用済みの材料を処理しリサイクルするのが至難であるという短所も持っている。   Epoxy resins form a three-dimensional network cross-linked structure after curing, which has very strong properties in chemicals. While this has the advantage of imparting excellent durability and corrosion resistance to the material, it also has the disadvantage that it is very difficult to process and recycle the used material.

結局、現在では大半のエポキシ樹脂硬化物を埋め立てる方式で処理しており、これは、経済的にも多大な損失となり且つ深刻な環境汚染を惹起する恐れがある。   As a result, most of the epoxy resin cured products are now treated in a backfill system, which is economically costly and may cause serious environmental pollution.

近年、エポキシ樹脂とフィラーの複合素材の使用量が次第に増加するにつれ、エポキシ樹脂よりも相対的に高価であるフィラー物質を有効に分離して取り出すために、エポキシ樹脂を選択的に分解する技術に関する研究が活発に進められている。   In recent years, as the use amount of composite material of epoxy resin and filler gradually increases, in order to effectively separate and take out the filler material relatively expensive than the epoxy resin, it relates to a technology for selectively degrading the epoxy resin Research is actively progressing.

現在、エポキシ樹脂の分解及びフィラー物質の分離に際して最も普遍的に用いられる方法は熱分解である。例えば、炭素繊維をフィラー物質として用いた炭素繊維強化プラスチック(Carbon Fiber Reinforced Plastic、CFRP)の場合、東レ(Toray)、帝人(Teijin)、三菱(Mitsubishi)などの日本企業らの主導下で年間1000トンほどを熱分解にて処理及びリサイクルしている。しかし、熱分解工程による炭素繊維の分離のためには、予めCFRPを機械的に粉砕する前処理工程が必要となるが、数mmの大きさまでCFRPを粉砕する過程で炭素繊維も粉砕されてしまう可能性があり、その結果、リサイクルされる炭素繊維の長さが短くなることで炭素繊維の特性に悪影響を及ぼすという問題が生じるようになった。また、何よりも熱分解工程は500℃以上の高温を要求し、このような高温では有機化合物の燃焼によってダイオキシンといった人体有害物質が生成される問題も生じるようになる。   Currently, the most commonly used method in the decomposition of epoxy resins and the separation of filler materials is pyrolysis. For example, in the case of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) using carbon fiber as a filler material, the annual annual sales under the initiative of Japanese companies such as Toray, Teijin, Mitsubishi, etc. Tons are treated and recycled by pyrolysis. However, in order to separate carbon fibers by a thermal decomposition step, a pretreatment step of mechanically crushing CFRP in advance is required, but carbon fibers are also crushed in the process of crushing CFRP to a size of several mm. Possibly, as a result, the problem that the short length of the recycled carbon fiber adversely affects the properties of the carbon fiber has arisen. Moreover, the thermal decomposition process requires a high temperature of 500 ° C. or more above all, and such high temperature causes a problem that human harmful substances such as dioxins are generated by the combustion of organic compounds.

したがって、より低温で有効にエポキシ樹脂を分解するために様々な化学的分解方法が研究されてきた。
例えば、超臨界または準臨界流体下でエポキシ樹脂を分解すると、約250〜400℃程度の熱分解工程温度よりも低温で有効にエポキシ樹脂硬化物を処理することができる。このような方法を用いると、回収するフィラー物質の特性低下が、熱分解方法によるときの特性低下よりも比較的に少なくて済むという長所を持っている。
Therefore, various chemical degradation methods have been investigated to effectively degrade epoxy resins at lower temperatures.
For example, when the epoxy resin is decomposed under supercritical or quasi-critical fluid, the epoxy resin cured product can be effectively treated at a temperature lower than the thermal decomposition process temperature of about 250 to 400 ° C. Using such a method has the advantage that the property degradation of the filler material to be recovered is relatively less than the property degradation due to the thermal decomposition method.

しかし、本発明者らの研究結果によれば、当該方法は依然として高温及び10気圧以上の高圧を必要とするため、このような条件に耐えられる特殊な工程設備が必要となることから、経済性が高くないという制約がある。   However, according to the research results of the present inventors, the method still requires high temperature and high pressure of 10 atmospheres or more, which requires special process equipment that can withstand such conditions. Is not high.

一方、より一般的でマイルドな工程条件でエポキシ樹脂を分解することができる研究も進められてきているが、例えば、多官能性エポキシ樹脂または酸無水物系硬化剤、あるいは芳香族ジアミン系硬化剤を用いたエポキシ樹脂硬化物などの相対的に分解が難しい多様なエポキシ樹脂硬化物を溶かすことができないという短所があり、依然として反応時間が長く且つ反応エネルギーが多く所要される。また、人体に有害な多くの有機溶媒を反応系の主溶媒として用いるなどの問題点を依然として内包している。   On the other hand, research has also been advanced to be able to decompose the epoxy resin under more general and mild process conditions, for example, multifunctional epoxy resin or acid anhydride type curing agent, or aromatic diamine type curing agent However, it is not possible to dissolve various epoxy resin cured products, such as epoxy resin cured products, which are relatively difficult to decompose, and the reaction time is long and much reaction energy is required. In addition, problems such as using many organic solvents which are harmful to human body as main solvents of reaction system are still included.

特に、有機溶媒をエポキシ樹脂の分解のための主溶媒として用いる従来技術が多数知られている。   In particular, a large number of prior art techniques are known in which organic solvents are used as the main solvent for the decomposition of epoxy resins.

例えば、アルカリ族金属を含む電解質を入れ、有機溶媒を添加して廃印刷回路基板を解重合することが公開されている(特許文献2)。   For example, it has been disclosed that an electrolyte containing an alkali group metal is added, and an organic solvent is added to depolymerize a waste printed circuit board (Patent Document 2).

また、エポキシ樹脂を粉砕及び酸処理した後、封止された反応容器内において有機溶媒及び酸化剤で処理する技術も公開されている(特許文献3)。   Moreover, after crushing and acid treatment of an epoxy resin, the technique of processing with an organic solvent and an oxidizing agent in the sealed reaction container is also disclosed (patent document 3).

さらに、エポキシ樹脂を過酸化水素とアセトンを用いて分解することが公開されている(非特許文献2)。   Furthermore, decomposition of epoxy resin with hydrogen peroxide and acetone is disclosed (Non-patent Document 2).

また、水分を除去したアルカリ金属化合物と有機溶媒を含む処理液でエポキシ樹脂複合材料を処理する技術が公開されている(特許文献4)。   Further, a technology for treating an epoxy resin composite material with a treatment liquid containing an alkali metal compound from which water has been removed and an organic solvent is disclosed (Patent Document 4).

また、エポキシ樹脂プレポリマーを双極子モーメント3.0以上の非プロトン性有機溶媒と接触させ、溶媒にエポキシ樹脂プレポリマーを溶解させることが開示れている(特許文献5)。   Further, it is disclosed that an epoxy resin prepolymer is brought into contact with an aprotic organic solvent having a dipole moment of 3.0 or more to dissolve the epoxy resin prepolymer in the solvent (Patent Document 5).

また、CFRPから炭素繊維を分離するための抽出溶媒またはクラッキング溶媒としてフラン−2−カルボアルデヒド(furan−2−carbaldehyde)を含む有機溶媒を用いることが公開されている(特許文献6)。   In addition, it is disclosed that an organic solvent containing furan-2-carbaldehyde is used as an extraction solvent or cracking solvent for separating carbon fibers from CFRP (Patent Document 6).

これらの技術は、比較的低温のマイルドな条件下で有機溶媒にてエポキシを分解することができることを記載している。   These techniques describe that the epoxy can be decomposed with organic solvents under mild conditions at relatively low temperatures.

しかし、本発明者らの研究結果によれば、これらの技術は、有機溶媒自体をエポキシ樹脂を溶解させるための主要手段として用いる有機溶媒反応システムであって、有機溶媒自体が新たに汚染源として作用することから、有機溶媒による汚染問題を解決しなければならないという本質的な限界を持っている。また、分解し難いエポキシ樹脂などへの適用には不向きであるという適用性の問題があったり、反応に多くのエネルギーが必要とされ、反応効率などの面でも依然として満足できるものではない。   However, according to the research results of the present inventors, these techniques are organic solvent reaction systems that use the organic solvent itself as the main means for dissolving the epoxy resin, and the organic solvent itself acts as a new pollution source. From that, it has an essential limit that the problem of contamination with organic solvents has to be solved. In addition, there is the problem of applicability that is unsuitable for application to epoxy resins that are difficult to be decomposed, and a lot of energy is required for the reaction, and the reaction efficiency and the like are still not satisfactory.

韓国特許出願公開第2002−66046号Korean Patent Application Publication No. 2002-66046 韓国特許出願公開第2011−0113428号Korean Patent Application Publication No. 2011-0113428 中国特許第102391543号Chinese Patent No. 102391543 日本特許出願公開第2005−255899号Japanese Patent Application Publication No. 2005-255899 日本特許出願公開第2013-107973号Japanese Patent Application Publication No. 2013-107973 米国特許出願公開第2014−0023581号U.S. Patent Application Publication No. 2014-0023581

Mater. Res. Bull. 2004、39、1549Mater. Res. Bull. 2004, 39, 1549 Green Chem.、2012、14、3260Green Chem. , 2012, 14, 3260

本発明の例示的な具現例では、一態様において、例えば、200℃以下、好ましくは、100℃以下の条件下でエポキシ樹脂硬化物を極めて簡単且つ高速で解重合することができ、工程コスト及び所要エネルギーを削減することができるエポキシ樹脂の解重合方法及びこれに用いられる組成物を提供することをその目的とする。   In an exemplary embodiment of the present invention, in one aspect, the epoxy resin cured product can be depolymerized very easily and at high speed under conditions of, for example, 200 ° C. or less, preferably 100 ° C. or less, and the process cost and It is an object of the present invention to provide a method for depolymerizing an epoxy resin capable of reducing energy consumption and a composition used therefor.

本発明の例示的な具現例では、他の一態様において、有機溶媒を主溶媒とする反応システムである有機溶媒反応系を代替することができ、これにより有機溶媒が新たな汚染源として作用することによる汚染問題が解決できることで環境汚染や公害を最小化できるエポキシ樹脂の解重合方法及びこれに用いられる組成物を提供することをその目的とする。   In an exemplary embodiment of the present invention, in another aspect, an organic solvent reaction system, which is a reaction system using an organic solvent as a main solvent, can be replaced, whereby the organic solvent acts as a new contamination source. It is an object of the present invention to provide a method for depolymerizing an epoxy resin capable of minimizing environmental pollution and pollution by solving the problem of pollution by

本発明の例示的な具現例では、他の一態様において、有機溶媒を主溶媒とする反応システムである有機溶媒反応系を使用することなくエポキシ樹脂硬化物の解重合反応効率を高めることができるエポキシ樹脂の解重合方法及びこれに用いられる組成物を提供することをその目的とする。   In an exemplary embodiment of the present invention, in another aspect, the depolymerization reaction efficiency of a cured epoxy resin product can be enhanced without using an organic solvent reaction system that is a reaction system using an organic solvent as a main solvent. An object of the present invention is to provide a method for depolymerizing an epoxy resin and a composition used therefor.

本発明の例示的な具現例では、他の一態様において、相対的に分解し難いエポキシ樹脂硬化物も容易に分解することができるエポキシ樹脂の解重合方法及びこれに用いられる組成物を提供することをその目的とする。   In an exemplary embodiment of the present invention, there is provided, in another aspect, an epoxy resin depolymerization method and a composition used therefor, in which relatively hard to be decomposed epoxy resin cured products can be easily decomposed. To that purpose.

本発明の例示的な具現例では、また他の一態様において、エポキシ樹脂硬化物の分解後に回収されたフィラーの特性低下を抑えることで優れた特性を有するリサイクルフィラーが得られるエポキシ樹脂複合体からフィラーを回収する方法、これにより得られたフィラーを提供することをその目的とする。   In an exemplary embodiment of the present invention, and in another aspect, from an epoxy resin composite from which a recycled filler having excellent properties can be obtained by suppressing deterioration in the properties of the filler recovered after decomposition of the cured epoxy resin. It is an object of the present invention to provide a method of recovering a filler, and a filler thus obtained.

本発明の例示的な具現例では、エポキシ樹脂解重合用組成物であって、遷移金属元素を含む遷移金属塩または遷移金属酸化物;及び反応溶媒;を含むエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物を提供する。前記反応溶媒は、遷移金属を媒介にしたエポキシ樹脂硬化物の化学結合の酸化反応、例えば、炭素−炭素結合の酸化反応が生じ得る反応溶媒である。また、前記遷移金属塩は反応溶媒で解離され得るものであってよい。   In an exemplary embodiment of the present invention, a composition for depolymerizing epoxy resin, comprising: a transition metal salt or transition metal oxide containing a transition metal element; and a reaction solvent; Provide the goods. The reaction solvent may be a transition metal-mediated oxidation reaction of the chemical bond of the cured epoxy resin, such as a carbon-carbon bond oxidation reaction. Also, the transition metal salt may be capable of being dissociated by a reaction solvent.

本発明の例示的な具現例では、エポキシ樹脂硬化物の解重合方法であって、前記エポキシ硬化物の解重合用組成物を用いてエポキシ樹脂硬化物を解重合することを特徴とするエポキシ樹脂硬化物の解重合方法を提供する。   An exemplary embodiment of the present invention is a method for depolymerizing a cured epoxy resin, which comprises depolymerizing a cured epoxy resin using the composition for depolymerizing the cured epoxy resin. Provided is a method for depolymerizing a cured product.

本発明の例示的な具現例では、エポキシ樹脂硬化物からフィラーを分離する方法であって、前記エポキシ硬化物の解重合用組成物を用いてエポキシ樹脂硬化物を解重合する段階;及び前記分解生成物からフィラーを収得する段階;を含むエポキシ樹脂硬化物からフィラーを分離する方法及びこれにより分離されたフィラーを提供する。   In an exemplary embodiment of the present invention, there is provided a method of separating a filler from a cured epoxy resin, which comprises depolymerizing a cured epoxy resin using the composition for depolymerizing the cured epoxy; Obtaining a filler from the product; and a method of separating the filler from the epoxy resin cured product, and a filler separated thereby.

本発明の例示的な具現例によれば、例えば、200℃以下、好ましくは、100℃以下の条件下でエポキシ樹脂の解重合を極めて簡単且つ高速で処理することができ、工程コスト及び所要エネルギーを削減することができる。また、有機溶媒を主溶媒とする反応システムを代替することができ、これにより有機溶媒が新たな汚染源として作用することによる汚染問題を解決することで環境汚染や公害を最小化できる。また、有機溶媒を主溶媒とする反応システムを使用することなく解重合反応効率を高めることができる。さらに、相対的に分解し難いエポキシ樹脂硬化物も容易に分解することができる。しかも、エポキシ樹脂複合体の分解後に回収されたフィラーの特性低下を抑えることで優れた特性を有するリサイクルフィラーを得ることができる。   According to an exemplary embodiment of the present invention, depolymerization of an epoxy resin can be very easily and rapidly processed under conditions of, for example, 200 ° C. or less, preferably 100 ° C. or less, and the process cost and required energy Can be reduced. In addition, it is possible to replace a reaction system using an organic solvent as a main solvent, thereby minimizing environmental pollution and pollution by solving the contamination problem caused by the organic solvent acting as a new pollution source. In addition, the depolymerization reaction efficiency can be enhanced without using a reaction system containing an organic solvent as a main solvent. Furthermore, epoxy resin cured products that are relatively difficult to decompose can be easily decomposed. In addition, it is possible to obtain a recycled filler having excellent properties by suppressing the decrease in the properties of the filler recovered after the decomposition of the epoxy resin composite.

エポキシ樹脂硬化物の例えば、炭素−炭素結合のような化学結合の酸化を示す例示的な反応式1である。It is an exemplary reaction formula 1 showing oxidation of a chemical bond such as a carbon-carbon bond, for example, of an epoxy resin cured product. 本発明の実施例1において解重合前のCFRPを撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed CFRP before depolymerization in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1において解重合後に回収した炭素繊維を撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the carbon fiber collect | recovered after depolymerization in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における反応系の過マンガン酸カリウム水溶液と比較例3における反応系の硝酸水溶液のpHをそれぞれ測定した結果である。It is the result of having measured the pH of the potassium permanganate aqueous solution of the reaction system in Example 1 of this invention, and the nitric acid aqueous solution of the reaction system in the comparative example 3, respectively. 本発明の実施例1において解重合反応によって生成された二酸化マンガンを濾過及び分離後に撮影した写真である。It is the photography image | photographed after filtration and isolation | separation of the manganese dioxide produced | generated by depolymerization reaction in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1におけるCFRPに用いられた炭素繊維(原料炭素繊維、V−CFと表示する)と実施例1の結果としての回収された炭素繊維(R−CFと表示する)に対する引張強度測定から得られた結果を比較するグラフである。Tensile strength for carbon fibers used for CFRP (designated as raw material carbon fibers, denoted as V-CF) in Example 1 of the present invention and recovered carbon fibers (designated as R-CF) as a result of Example 1 It is a graph which compares the result obtained from measurement. 本発明の実施例1における解重合前のCFRPのFT−IR分析結果と、炭素繊維及び二酸化マンガンを濾過してから残留した水溶液形態の生成物を抽出及び乾燥させて得られた固形の混合物のFT−IR分析結果である。The results of FT-IR analysis of CFRP before depolymerization in Example 1 of the present invention, and the mixture of solids obtained by extracting and drying the product in the form of an aqueous solution remaining after filtering carbon fibers and manganese dioxide It is a FT-IR analysis result. 本実験2における表4〜6の結果を反応系の誘電率によるエポキシ樹脂の分解率にて示した結果である。It is the result which showed the result of Tables 4-6 in this experiment 2 by the decomposition rate of the epoxy resin by the dielectric constant of a reaction system. 本実験3においてCFRPに用いられた炭素繊維(CFと表示)のX線光電子分光(XPS)結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-photoelectron-spectroscopy (XPS) result of the carbon fiber (displayed as CF) used for CFRP in this experiment 3. FIG. 本実験3においてKMnOを用いて解重合後に回収された炭素繊維(R−CFと表示)のX線光電子分光(XPS)結果を示すグラフである。In this experiment 3 is a graph showing the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) result of a carbon fiber recovered after the depolymerization (R-CF and display) using KMnO 4. 本実験3においてCFRPに用いられた炭素繊維(CFと表示)及びKMnOを用いて解重合後に回収された炭素繊維のXPS元素含量の結果である。In this experiment 3 the results of XPS elemental content of carbon fiber recovered after the depolymerization using carbon fiber (CF display) and KMnO 4 used for the CFRP.

用語の定義
本明細書においてエポキシ樹脂硬化物は、硬化されたエポキシ樹脂または硬化されたエポキシ樹脂を含むあらゆる複合材料を意味する。また、エポキシ樹脂硬化物は、完全に硬化されたものだけではなく、硬化反応の途中で生成される一部硬化された中間物質(いわゆる、エポキシ樹脂プレポリマー)をも含むように定義される。
Definition of Terms In the present specification, an epoxy resin cured product means any composite material including a cured epoxy resin or a cured epoxy resin. In addition, the epoxy resin cured product is defined not only to be completely cured but also to include a partially cured intermediate substance (so-called epoxy resin prepolymer) which is generated during the curing reaction.

当該複合材料は、各種のフィラー及び/または各種の高分子樹脂を含んでいてよい。硬化されたエポキシ樹脂は、分子内に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物と硬化剤との硬化反応で生成されたものである。エポキシ樹脂と硬化剤の種類は特に制限されない。エポキシ樹脂は、例えば、多官能性エポキシ樹脂を含んでいてよい。また、硬化剤は、例えば、芳香族基や脂肪族基を有するものを含む。また、例えば、分子内にアミン基、酸無水物基、イミダゾール基、メルカプタン基から選択されたいずれか一つまたは二つ以上の基を1個以上有するものであってよい。   The composite material may contain various fillers and / or various polymer resins. The cured epoxy resin is produced by the curing reaction of an epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule and a curing agent. The types of epoxy resin and curing agent are not particularly limited. The epoxy resin may, for example, comprise a multifunctional epoxy resin. In addition, the curing agent includes, for example, those having an aromatic group or an aliphatic group. For example, it may have one or more groups selected from an amine group, an acid anhydride group, an imidazole group, and a mercaptan group in the molecule.

本明細書において遷移金属を媒介とする酸化反応とは、遷移金属の酸化数の変化により有機化合物、例えば、エポキシ樹脂硬化物の化学結合、例えば、炭素−炭素結合を構成する電子の一部が遷移金属に移動して酸化が発生する酸化反応を意味する。   In the present specification, a transition metal-mediated oxidation reaction is a chemical bond of an organic compound, for example, a cured epoxy resin, for example, a part of electrons constituting a carbon-carbon bond due to a change in the oxidation number of the transition metal. It means an oxidation reaction which transfers to a transition metal to cause oxidation.

本明細書においてフィラー(filler)とは、硬化されたエポキシ樹脂とともにエポキシ複合体を構成する充填物質を意味する。   In the present specification, the filler means a filling material which constitutes an epoxy composite together with a cured epoxy resin.

本明細書において高分子樹脂とは、エポキシ樹脂の他にエポキシ樹脂複合体を構成する高分子樹脂を意味する。   In the present specification, the polymer resin means a polymer resin constituting an epoxy resin complex in addition to the epoxy resin.

本明細書において反応溶媒は特定の相に制限されない。したがって、主に液相であってよいが、気相を含んでいてよい。また、超臨界相をも含んでいてよい。   In the present specification, the reaction solvent is not limited to a specific phase. Therefore, it may be mainly in the liquid phase but may contain the gas phase. It may also contain a supercritical phase.

本明細書においてHOは、主に液相の水であるが、液相に限定されずに気相を含んでいてよい。また、超臨界相をも含んでいてよい。 In the present specification, H 2 O is mainly liquid phase water, but is not limited to liquid phase and may include gas phase. It may also contain a supercritical phase.

本明細書において水溶液は、特に気体状態または超臨界状態であることを指示しない限り液相である。また、特に他の溶媒が混合されたことを指示しない限り水単独の溶媒である。   In the present specification, the aqueous solution is in the liquid phase unless it is particularly indicated that it is in the gaseous or supercritical state. Also, unless it is indicated that other solvents have been mixed, it is the solvent of water alone.

本明細書において有機溶媒反応系とは、エポキシ樹脂硬化物の分解反応の主溶媒として有機溶媒を用いる反応システムを意味する。   In the present specification, the organic solvent reaction system means a reaction system using an organic solvent as a main solvent for the decomposition reaction of the cured epoxy resin.

本明細書においてHO反応系とは、エポキシ樹脂硬化物の分解反応の主溶媒としてHOを用いる反応システムを意味する。これは、有機溶媒反応系と対比され、解重合反応の際にHO基盤反応溶媒を用いる。なお、このHOを基盤とする反応溶媒には、HO以外に他の溶媒が含まれていてよいが(すなわち、混合溶媒にて適用可能)、該混合溶媒を用いても誘電率が65以上、または、好ましくは70以上、または75以上、または80以上でなければならない。特に好ましい例は、HO基盤反応溶媒がHO単独からなるものである(水の誘電率は約80.2)。 In the present specification, the H 2 O reaction system means a reaction system using H 2 O as a main solvent for the decomposition reaction of the epoxy resin cured product. This is in contrast to organic solvent reaction systems, where H 2 O-based reaction solvents are used during the depolymerization reaction. Although this H 2 O-based reaction solvent may contain other solvents in addition to H 2 O (that is, it can be applied as a mixed solvent), the dielectric constant can be obtained using this mixed solvent as well. Should be 65 or more, or preferably 70 or more, or 75 or more, or 80 or more. A particularly preferred example is one in which the H 2 O-based reaction solvent consists of H 2 O alone (the dielectric constant of water is about 80.2).

本明細書において解重合時間は、解重合反応に供されたエポキシ樹脂硬化物が全て分解されるのに所要される解重合反応時間を意味する。ここで、全て分解されるとは、エポキシ樹脂の硬化物(固形物)が実質的に存在しないこと(エポキシ樹脂残留率5%以下)を意味する。   In the present specification, the depolymerization time means the depolymerization reaction time required to completely decompose the epoxy resin cured product subjected to the depolymerization reaction. Here, completely decomposed means that substantially no cured product (solid product) of the epoxy resin is present (the epoxy resin residual ratio is 5% or less).

エポキシ樹脂硬化物においてエポキシ樹脂の分解率(%)は、次のように求めることができる。すなわち、
分解率(%)=[(エポキシ樹脂硬化物中のエポキシ樹脂含有量−分解後のエポキシ樹脂残留量)/(エポキシ樹脂複合材料中のエポキシ樹脂含有量)]×100
なお、エポキシ樹脂残留率は100%−分解率(%)である。
The decomposition rate (%) of the epoxy resin in the cured epoxy resin can be determined as follows. That is,
Decomposition rate (%) = [(Epoxy resin content in epoxy resin cured product-epoxy resin residual amount after decomposition) / (Epoxy resin content in epoxy resin composite material)] × 100
In addition, the epoxy resin residual rate is 100% -degraded rate (%).

本明細書において相対的に分解し難いエポキシ樹脂硬化物とは、相対的に分解し難いエポキシ樹脂単量体及び/または硬化剤を用いたエポキシ樹脂硬化物を意味する。例えば、多環類のノボラック樹脂は、BPAに比べて相対的に分解し難いエポキシ樹脂単量体である。また、例えば、芳香族硬化剤、酸無水物系硬化剤は、脂肪族硬化剤に比べて相対的に分解し難い硬化剤である。   In the present specification, an epoxy resin cured product that is relatively difficult to decompose means an epoxy resin cured product that uses an epoxy resin monomer and / or a curing agent that is relatively difficult to decompose. For example, the polycyclic novolak resin is an epoxy resin monomer that is relatively difficult to be decomposed as compared to BPA. Also, for example, aromatic curing agents and acid anhydride curing agents are curing agents that are relatively difficult to decompose as compared to aliphatic curing agents.

本明細書において誘電率は、液体誘電率測定器(dielectric constant meter)を利用して測定したものであってよい。   In the present specification, the dielectric constant may be measured using a liquid dielectric constant meter.

例示的な具現例の説明
以下、本発明の例示的な具現例について詳しく説明する。
本発明の例示的な具現例では、エポキシ樹脂解重合用組成物であって、遷移金属元素(周期律表上において3〜12族に属する金属元素)が含まれた遷移金属塩または遷移金属酸化物及び反応溶媒を含むエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物と、当該組成物でエポキシ樹脂硬化物を解重合する方法を提供する。
Description of a illustrative embodiment will be described in detail for the exemplary embodiment of the present invention.
In an exemplary embodiment of the present invention, a composition for depolymerizing epoxy resin, which is a transition metal salt or transition metal oxide containing a transition metal element (a metal element belonging to Groups 3 to 12 in the periodic table) And a reaction solvent containing composition for depolymerizing a cured epoxy resin, and a method for depolymerizing the cured epoxy resin with the composition.

驚くべきことに、エポキシ樹脂硬化物が、有機溶媒基盤反応系を用いずとも、前記特定の化合物及び所定の反応溶媒(特に、HO基盤反応溶媒)が組み合わされてなる組成物で極めて高速且つ簡単に解重合できることが本発明者らによって明らかになった。 Surprisingly, the epoxy resin cured product is extremely fast at a composition in which the specific compound and a predetermined reaction solvent (in particular, H 2 O-based reaction solvent) are combined without using an organic solvent-based reaction system. And, it has become clear by the present inventors that the depolymerization can be easily carried out.

低温のマイルドな条件下で少ないエネルギーにてエポキシ樹脂硬化物を解重合し、反応効率を高めるためには、反応溶媒及びこれと共に用いる特定の化合物の選択が重要であると考えられる。また、後述するが、前記化合物のエポキシ樹脂硬化物の解重合効率を高めるためには、反応溶媒の誘電率を所定値以上に調節するのが肝要であると考えられる。   In order to depolymerize the epoxy resin cured product with less energy under mild conditions of low temperature and to increase the reaction efficiency, it is considered important to select the reaction solvent and the specific compound to be used with the reaction solvent. Moreover, although mentioned later, in order to raise the depolymerization efficiency of the epoxy resin hardened | cured material of the said compound, it is thought that it is important to adjust the dielectric constant of a reaction solvent to more than predetermined value.

本発明の例示的な具現例に係る解重合の際、反応溶媒中では遷移金属元素を媒介とする酸化反応が生起すると考えられ、このような酸化反応によってエポキシ樹脂硬化物を構成する、例えば、炭素−炭素結合のような化学結合が切られ、エポキシ樹脂硬化物を解重合すると考えられる。また、このような酸化反応を低いエネルギーにて行うために、反応溶媒の誘電率が所定値以上に調節される必要がある。   During depolymerization according to an exemplary embodiment of the present invention, it is believed that an oxidation reaction mediated by a transition metal element occurs in the reaction solvent, and such an oxidation reaction constitutes an epoxy resin cured product, for example, It is believed that chemical bonds such as carbon-carbon bonds are broken to depolymerize the cured epoxy resin. Moreover, in order to perform such oxidation reaction with low energy, the dielectric constant of the reaction solvent needs to be adjusted to a predetermined value or more.

したがって、本発明の例示的な具現例において、反応効率を高めるために、反応溶媒の誘電率は、65以上、または70以上、または75以上、または80以上でなければならない。   Thus, in an exemplary embodiment of the present invention, the dielectric constant of the reaction solvent should be at least 65, or at least 70, or at least 75, or at least 80 in order to enhance the reaction efficiency.

例示的な具現例において、このような反応溶媒は、好ましくは、HO基盤反応溶媒である。遷移金属を含む遷移金属塩または遷移金属酸化物を含む組成物を用いてエポキシ樹脂硬化物を解重合するにあたって、共に用いられるHO基盤反応溶媒の誘電率がエポキシ樹脂硬化物の解重合反応効率に影響を及ぼす。 In exemplary embodiments, such reaction solvent is preferably a H 2 O-based reaction solvent. In depolymerizing a cured epoxy resin using a transition metal salt containing transition metal or a composition containing transition metal oxide, the dielectric constant of the H 2 O-based reaction solvent used together is the depolymerization reaction of the cured epoxy resin. Affect the efficiency.

その理由は、有機溶媒反応系での有機溶媒と異なり、HO基盤反応溶媒が当該遷移金属塩または遷移金属酸化物の溶解及び/またはイオン解離を促し、遷移金属元素を媒介としたエポキシ樹脂硬化物中の例えば、炭素−炭素結合のような化学結合の酸化反応に関与し、その結果、エポキシ樹脂解重合反応効率に関与するためであると考えられる。 The reason is that, unlike organic solvents in organic solvent reaction systems, H 2 O-based reaction solvents promote dissolution and / or ion dissociation of the transition metal salt or transition metal oxide, and an epoxy resin mediated by a transition metal element It is believed that it is involved in the oxidation reaction of a chemical bond such as a carbon-carbon bond in the cured product, and as a result, participates in the epoxy resin depolymerization reaction efficiency.

例示的な具現例において、HO基盤反応溶媒の誘電率は、少なくとも65以上でなければならず、または70以上、または75以上、または80以上でなければならない。特に好ましい例は、HO基盤反応溶媒がHO単独からなるものであり(水の誘電率は約80.2)、HO基盤反応溶媒がHO単独からなるものであれば、エポキシ樹脂硬化物の分解効率が飛躍的に増大する(後述する実験例2参照)。 In an exemplary embodiment, the dielectric constant of the H 2 O-based reaction solvent should be at least 65 or more, or 70 or more, or 75 or more, or 80 or more. A particularly preferred example is one in which the H 2 O-based reaction solvent consists of H 2 O alone (the dielectric constant of water is about 80.2) and the H 2 O-based reaction solvent consists of H 2 O alone The decomposition efficiency of the cured epoxy resin is dramatically increased (see Experimental Example 2 described later).

これと異なり、先述した先行技術に係る有機溶媒基盤反応系では、有機溶媒を主溶媒としてエポキシ樹脂硬化物を直接溶解する。   Unlike this, in the above-mentioned prior art organic solvent-based reaction system according to the prior art, the cured epoxy resin is directly dissolved using an organic solvent as a main solvent.

しかし、有機溶媒は、遷移金属塩または遷移金属酸化物を入れても溶解度及びイオン解離度が極めて低いため、エポキシ樹脂硬化物の解重合に寄与することができない。例えば、NMPの場合、誘電率が32で遷移金属塩または遷移金属酸化物が溶解され難い。   However, the organic solvent can not contribute to the depolymerization of the epoxy resin cured product because the solubility and the degree of ion dissociation are extremely low even when the transition metal salt or transition metal oxide is added. For example, in the case of NMP, the transition metal salt or the transition metal oxide is difficult to dissolve at a dielectric constant of 32.

これに関して、本発明者らは、誘電率によるエポキシ樹脂硬化物の分解効率を調べてみた。その結果、例えば、イオン結合をする遷移金属塩は水と有機溶媒とでイオン解離及び反応性に差を見せ、結果的にエポキシ樹脂硬化物の分解効率に差をもたらした。   In this regard, the present inventors examined the decomposition efficiency of the epoxy resin cured product by the dielectric constant. As a result, for example, the transition metal salt having an ionic bond shows a difference in ion dissociation and reactivity between water and an organic solvent, resulting in a difference in the decomposition efficiency of the cured epoxy resin.

その理由としては、水と有機溶媒とでの遷移金属塩または遷移金属酸化物の溶解度の差及び/または酸化反応の差が挙げられる。   The reason may be the difference in the solubility of the transition metal salt or transition metal oxide and / or the difference in the oxidation reaction between water and the organic solvent.

先ず、溶解度の差の場合、水と有機溶媒の極性(すなわち、誘電率)の差によって、例えば、イオン結合物質である遷移金属塩の溶解度に差が生じるようになる。これは、溶媒の双極子−イオン間の結合力がイオン結合物質のイオン−イオン格子エネルギーよりも大きくなければイオンを解離できないからである。   First, in the case of the difference in solubility, the difference in polarity of the water and the organic solvent (that is, the dielectric constant) causes, for example, a difference in the solubility of the transition metal salt which is an ion binding substance. This is because the ion can not be dissociated unless the binding strength between the dipole and the ion of the solvent is larger than the ion-ion lattice energy of the ion binding substance.

一方、遷移金属塩または遷移金属酸化物は、有機化合物、すなわち、本発明の具現例ではエポキシ樹脂硬化物の例えば、炭素−炭素結合のような化学結合から電子を奪う形態で酸化させると同時に遷移金属自体は還元反応が発生するようになる。詳述すると、酸化数+1のアルカリ金属、酸化数+2のアルカリ土類金属と異なり、遷移金属の場合、2種以上の酸化形態(酸化数)を有することができ、このような2種以上の酸化形態が反応中に変化する(すなわち、酸化数の減少)ことによって酸化反応が発生するようになる。例えば、遷移金属塩である過マンガン酸カリウムにあるマンガンの場合(図1の反応式1参照)、+7の酸化数(過マンガン酸カリウム)、+6の酸化数(マンガン酸カリウム)、+4の酸化数(二酸化マンガン)の3種の酸化形態を有するようになり、比較的に不安定な+7の酸化形態が反応中に安定な+4の酸化形態に変化するために、有機化合物であるエポキシ樹脂硬化物の例えば、炭素−炭素結合のような化学結合から電子を奪う形態の酸化反応が発生するようになる。   On the other hand, the transition metal salt or the transition metal oxide is an organic compound, that is, in the embodiment of the present invention, the epoxy resin cured product is oxidized while taking electrons from a chemical bond such as carbon-carbon bond at the same time as transition. The metal itself causes a reduction reaction to occur. In detail, different from alkali metal of oxidation number + 1, alkaline earth metal of oxidation number + 2, transition metal can have two or more oxidation forms (oxidation number), and such two or more kinds of An oxidation reaction occurs as the oxidation form changes during the reaction (ie, the reduction of the oxidation number). For example, in the case of manganese in the transition metal salt potassium permanganate (see the reaction formula 1 in FIG. 1), the oxidation number of +7 (potassium permanganate), the oxidation number of +6 (potassium manganate), oxidation of +4 Epoxy resin curing is an organic compound because it has three oxidation forms of number (manganese dioxide), and the relatively unstable +7 oxidation form changes to a stable +4 oxidation form during the reaction For example, an oxidation reaction in the form of taking electrons from a chemical bond such as a carbon-carbon bond will occur.

これは、例えば、NaOClのように過酸化形態の陰イオンが酸化反応を発生させるメカニズムとは違いがある。また、リン酸カリウムなどを用いる方法は、酸化反応ではない、塩基を用いたエステル交換反応であるため、本発明の具現例のメカニズムとは違いがある。   This is different from, for example, the mechanism by which the anion in the peroxide form causes an oxidation reaction, such as NaOCl. In addition, since the method using potassium phosphate or the like is a transesterification reaction using a base, not an oxidation reaction, there is a difference from the mechanism of the embodiment of the present invention.

本発明の例示的な具現例では、遷移金属の酸化物または塩の形態である遷移金属塩用組成物が溶解され易く、金属の解離が発生し易く且つ酸化反応が滑らかに行なわれ得る ように、後述するようにな所定値以上の高い誘電率を有する溶媒を用いる。   In an exemplary embodiment of the present invention, the transition metal salt composition in the form of a transition metal oxide or salt is easily dissolved, so that dissociation of the metal is likely to occur and the oxidation reaction can be smoothly performed. And a solvent having a high dielectric constant equal to or higher than a predetermined value as described later.

以上のような点に基づくとき、遷移金属塩または遷移金属酸化物を有効に溶解させ且つ酸化反応を促すことができるように、誘電率の高い溶媒、好ましくは、HO基盤溶媒を用いるのが解重合に必要であることが分かる。また、有機溶媒を用いる場合には、有機溶媒による汚染や有機溶媒のリサイクル問題が発生するため、環境的な面から、HO基盤溶媒を用いるのが好ましく、特に、HO単独からなる溶媒(HO 100重量%または100体積%)を用いるのが最も好ましい。 Based on the above points, a solvent having a high dielectric constant, preferably a H 2 O-based solvent, is used so that the transition metal salt or transition metal oxide can be effectively dissolved and oxidation reaction can be promoted. Is necessary for depolymerization. When an organic solvent is used, contamination with the organic solvent and a problem of recycling of the organic solvent occur, so from the environmental point of view, it is preferable to use a H 2 O-based solvent, and in particular, it consists of H 2 O alone. It is most preferred to use a solvent (100% by weight or 100% by volume of H 2 O).

以上のように酸化反応によって生成される解重合生成物(炭素繊維など)は、OH基を有するようになる。その結果、本発明の例示的な具現例では、エポキシ樹脂硬化物の解重合生成物として、OH基を含むエポキシ樹脂硬化物の解重合生成物を提供する。参考として、後述する実験1では、このようなOH基が形成された解重合生成物のFT−IR分析結果を示し、当該分析結果から、本発明の例示的な具現例に係る解重合によってOH基が多く生成されたことが分かる。   As described above, the depolymerization product (such as carbon fiber) produced by the oxidation reaction has an OH group. As a result, in an exemplary embodiment of the present invention, a depolymerization product of an epoxy resin cured product containing an OH group is provided as a depolymerization product of an epoxy resin cured product. As a reference, in Experiment 1 to be described later, FT-IR analysis results of the depolymerization product in which such an OH group is formed are shown, and from the analysis results, OH is obtained by depolymerization according to an exemplary embodiment of the present invention. It can be seen that many groups were generated.

以上のようなエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物を用いてエポキシ樹脂硬化物の解重合を行うと、寿命が尽きたエポキシ樹脂硬化物を従来と異なり、例えば、200℃以下、好ましくは100℃以下のマイルドな条件下で少ないエネルギーにて極めて簡単で且つ高速で処理することができる。このことは、従来の熱分解方法(約200〜400度)に比べ反応温度を大きく下げたことを示す。   When depolymerizing a cured epoxy resin using the composition for depolymerizing a cured epoxy resin as described above, the cured epoxy resin which has reached the end of its life is different from the conventional one, for example, 200 ° C. or less, preferably 100 It can be processed very easily and at high speed with less energy under mild conditions of less than ° C. This indicates that the reaction temperature has been greatly reduced as compared to the conventional thermal decomposition method (about 200 to 400 ° C.).

さらには、異なる反応溶媒と化合物を組み合わせた場合、例えば、過マンガン酸カリウム水溶液とアセトンを混合した比較例1(溶けない)のように有機溶媒を用いることで誘電率が低い場合や、硝酸水溶液を用いた比較例2(反応時間12時間)に比べても、顕著に反応効率が高いことが分かる。さらに、従来の有機溶媒基盤反応系技術とは異なり、HO基盤反応系を用いるため、人体に有害な有機溶媒を用いずに済み、環境的に有利である。 Furthermore, when the reaction solvent and the compound are combined, for example, when the dielectric constant is low by using an organic solvent as in Comparative Example 1 (not dissolved) in which potassium permanganate aqueous solution and acetone are mixed, nitric acid aqueous solution It can be seen that the reaction efficiency is remarkably high as compared with Comparative Example 2 (reaction time 12 hours) using. Furthermore, unlike the conventional organic solvent-based reaction system technology, the use of an H 2 O-based reaction system eliminates the use of an organic solvent harmful to the human body, which is environmentally advantageous.

一方、本発明の例示的な具現例では、前記のような処理を施すことによってエポキシ樹脂硬化物に含有されたフィラー物質を簡易に分離してリサイクルすることができる。これによって得られたフィラーは、分解過程を経たにも係わらずフィラーの特性低下を抑えることができ、リサイクルに非常に有利である。   On the other hand, in an exemplary embodiment of the present invention, the filler material contained in the cured epoxy resin can be easily separated and recycled by performing the above-mentioned treatment. The filler thus obtained can suppress the deterioration of the properties of the filler despite the decomposition process, which is very advantageous for recycling.

例示的な具現例において、前記遷移金属元素が含まれる遷移金属塩または遷移金属酸化物は、例えば、KMnO、MnO、KMnO、MnSO、CrO、NaCr、KCr、ZnCr、HCrO、Pyridinium Chlorochromate(クロロクロム酸ピリジニウム)、Pyridinium Dichromate(二クロム酸ピリジニウム)、V、RuCl、RuO、Tetrapropylammonium Perruthenate(過ルテニウム酸テトラプロピルアンモニウム)、MoO、K[Fe(CN)]、FeCl、Fe(NO Nonahydrate(九水和物)、MeReO、CuCl、Cu(ClO、Cu(HCONi(HCO、Cu(OAc)、OsO、(NHCe(NOなどであってよい。前述したように、エポキシ樹脂硬化物の例えば、炭素−炭素結合のような化学結合から電子を奪うことで解重合を行うために、酸化力の高い遷移金属塩または遷移金属酸化物を用いるのが好ましい。このような側面から、例えば、強い酸化剤である過マンガン酸カリウムが好ましい。また、過マンガン酸カリウムは、適用性に優れ且つ価格も低廉であるため好ましい。 In an exemplary embodiment, the transition metal salt or transition metal oxide containing the transition metal element is, for example, KMnO 4 , MnO 2 , K 2 MnO 4 , MnSO 4 , CrO 3 , Na 2 Cr 2 O 7 , K 2 Cr 2 O 7 , ZnCr 2 O 7 , H 2 CrO 4 , Pyridinium Chlorochromate (pyridinium chlorochromate), Pyridinium Dichromate (pyridinium dichromate), V 2 O 5 , RuCl 3 , RuO 2 , Tetrapropylammonium Perruthenate ruthenium tetrapropyl ammonium), MoO 3, K 3 [ Fe (CN) 6], FeCl 3, Fe (NO 3) 3 nonahydrate ( nonahydrate), MeReO 3, CuCl, Cu ClO 4) 2, Cu (HCO 2) 2 Ni (HCO 2) 2, Cu (OAc) 2, OsO 4, or and the like (NH 4) 2 Ce (NO 3) 6. As described above, it is preferable to use a highly oxidative transition metal salt or transition metal oxide to carry out depolymerization by taking electrons from a chemical bond such as a carbon-carbon bond of a cured epoxy resin, for example. preferable. From such a side, for example, potassium permanganate which is a strong oxidizing agent is preferable. Moreover, potassium permanganate is preferable because of its excellent applicability and low cost.

一方、本発明の具現例において、前述したように遷移金属を含む遷移金属塩または遷移金属酸化物を用いて解重合する場合、遷移金属を媒介に解重合のための酸化反応が生じるため、その結果として得られる反応生成物であるフィラーでは遷移金属が残留するようになる。   On the other hand, in the embodiment of the present invention, when depolymerizing using a transition metal salt or transition metal oxide containing a transition metal as described above, an oxidation reaction for depolymerization occurs through the transition metal, so The transition metal remains in the resulting filler, which is a reaction product.

例えば、過マンガン酸カリウムを用いてエポキシ樹脂硬化物の解重合を実施する場合、解重合後に得られたフィラーにはマンガンが残留するため、フィラーの元素を分析すると、遷移金属であるマンガンが微量検出される。   For example, in the case of depolymerizing a cured epoxy resin using potassium permanganate, manganese remains in the filler obtained after depolymerization. It is detected.

例示的な具現例において、前記HO基盤溶媒は、前述したように水溶液(HO単独)であるのが好ましい。 In an exemplary embodiment, the H 2 O-based solvent is preferably an aqueous solution (H 2 O alone) as described above.

例示的な具現例において、HO基盤反応溶媒のpH条件を、pH1以上の弱酸性、中性、塩基性に調節する。このようにpH条件を調節すると、HO基盤反応系で酸化反応が生じ易くなると考えられる。 In an exemplary embodiment, the pH conditions of the H 2 O-based reaction solvent are adjusted to be weakly acidic, neutral, or basic at pH 1 or higher. By adjusting the pH conditions in this manner, it is believed that the oxidation reaction is likely to occur in the H 2 O-based reaction system.

非制限的な例示において、HO基盤反応系のpHは1〜14であり、反応性の面から、より具体的には、pH3〜12であるのが好ましい。 In a non-limiting example, the pH of the H 2 O-based reaction system is 1 to 14, and in terms of reactivity, more preferably, the pH is preferably 3 to 12.

例示的な具現例において、解重合反応温度は、例えば、250℃未満(例えば、20〜250℃)、または200℃以下(例えば、20〜200℃)、または100℃以下(例えば、20〜100℃、または20〜70℃)であってよい。   In exemplary embodiments, the depolymerization reaction temperature is, for example, less than 250 ° C. (eg, 20-250 ° C.), or 200 ° C. or less (eg, 20-200 ° C.), or 100 ° C. or less (eg, 20-100) ° C, or 20-70 ° C.).

例示的な具現例において、HO基盤反応溶媒は、液相であっても、気相であっても、超臨界状態であってもよい。液相の場合のものを用いるのが、工程が単純となり且つ反応エネルギーの所要が少なくて済む。本発明の具現例では、液相の場合のものを用いても低温で且つ高速で解重合することができるが、意図的に気相、超臨界状態のものを用いてもよいことは言うまでもない。このように超臨界状態にすると、反応時間がさらに短くできるが、反応装置が複雑になるという短所がある。 In an exemplary embodiment, the H 2 O-based reaction solvent may be in the liquid phase, in the gas phase, or in the supercritical state. Using the one in the liquid phase simplifies the process and requires less reaction energy. In the embodiment of the present invention, even in the case of liquid phase, depolymerization can be carried out at low temperature and at high speed, but it goes without saying that those in the gas phase or supercritical state may be used intentionally. . In such a supercritical state, the reaction time can be further shortened, but there is a disadvantage that the reactor becomes complicated.

例示的な具現例において、エポキシ樹脂硬化物を解重合反応に供する前に、エポキシ樹脂硬化物の反応表面積を増大させるべく表面処理する過程をさらに行っていてもよい。前述したように、本発明の例示的な具現例によれば、別途の前処理を行わなくても、低温で反応時間を顕著に減らすことができるが、反応表面積を増大させる表面処理によって、このように減った反応時間をさらに減らすことができる。すなわち、前述した表面処理によってエポキシ樹脂硬化物の面積を増大させ、以降の解重合反応がさらに滑らかに生じることができるようにする。   In an exemplary embodiment, the step of surface treatment may be performed to increase the reaction surface area of the epoxy resin cured product before the epoxy resin cured product is subjected to a depolymerization reaction. As mentioned above, according to an exemplary embodiment of the present invention, the reaction time can be significantly reduced at low temperatures without additional pretreatment, but this surface treatment increases the reaction surface area. The reaction time that has been reduced can be further reduced. That is, the area of the cured epoxy resin is increased by the above-described surface treatment so that the subsequent depolymerization reaction can occur more smoothly.

例示的な具現例において、前記表面処理として、物理的表面処理と化学的表面処理とのいずれか一方または両方を並行していてよい。   In an exemplary embodiment, as the surface treatment, either or both of physical surface treatment and chemical surface treatment may be performed in parallel.

非制限的な例示において、前記物理的表面処理は、例えば、粉砕であってよい。粉砕方法は、乾式粉砕方法及び湿式粉砕方法から選択されたいずれか一方または両方であってよく、ハンマーミル、カッターミル、フレーククラッシャー、フェザーミル、ピン式粉砕機、衝撃式粉砕機、微粉砕機、ジェットミル、ミクロンミル、ボールミル、遊星ミル、ハイドロミル、アクアライザーからなる群より選択された一つまたは二つ以上を利用して粉砕することができる。例示的な具現例において、粉砕されたエポキシ樹脂硬化物は、1μm〜10cmの大きさを有するものであってよい。   In a non-limiting example, the physical surface treatment may, for example, be grinding. The grinding method may be one or both selected from a dry grinding method and a wet grinding method, and a hammer mill, a cutter mill, a flake crusher, a feather mill, a pin mill, an impact mill, a mill It may be ground using one or more selected from the group consisting of jet mill, micron mill, ball mill, planetary mill, hydro mill, and aqualyzer. In an exemplary embodiment, the milled epoxy resin cure may have a size of 1 μm to 10 cm.

非制限的な例示において、前記化学的表面処理は、pH7未満の酸性組成物にエポキシ樹脂硬化物を含浸させることであってよい。   In a non-limiting example, the chemical surface treatment may be to impregnate an acidic composition having a pH of less than 7 with the epoxy resin cured product.

非制限的な例示において、含浸方法に用いられる酸性組成物は、5.0以下のpH、20〜250℃の温度を有していてよく、酸性組成物にエポキシ樹脂硬化物を含浸させてからエポキシ樹脂硬化物を分離するまでの時間は、0.1〜24時間であってよい。次いで、分離されたエポキシ樹脂硬化物を洗浄する。   In a non-limiting example, the acidic composition used in the impregnation method may have a pH of 5.0 or less, a temperature of 20 to 250 ° C., and the acidic composition is impregnated with the epoxy resin cured product. The time to separate the epoxy resin cured product may be 0.1 to 24 hours. Then, the separated epoxy resin cured product is washed.

例示的な具現例において、分解対象になるエポキシ樹脂硬化物は、各種のフィラー及び/または高分子樹脂を含んでいてよい。   In an exemplary embodiment, the cured epoxy resin to be decomposed may contain various fillers and / or polymer resins.

例示的な具現例において、フィラーは、炭素繊維やその他、黒鉛、グラフェン、酸化グラフェン、還元グラフェン、炭素ナノチューブ、ガラス繊維、無機塩、金属粒子、セラミック素材、単分子有機化合物、単分子ケイ素化合物、シリコン樹脂などから選択される一つ以上であってよい。   In an exemplary embodiment, the filler is carbon fiber and others, graphite, graphene, graphene oxide, reduced graphene, carbon nanotube, glass fiber, inorganic salt, metal particle, ceramic material, monomolecular organic compound, monomolecular silicon compound, It may be one or more selected from silicon resin and the like.

例示的な具現例において、高分子樹脂は、アクリル樹脂、オレフィン樹脂、フェノール樹脂、天然ゴム、合成ゴム、アラミド樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリスチレン、ポリアセタール、アクリロニトリルブタジエンスチレン、スチレンアクリロニトリルから選択されたいずれか一つまたは二つ以上であってよい。   In an exemplary embodiment, the polymer resin is acrylic resin, olefin resin, phenol resin, natural rubber, synthetic rubber, aramid resin, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyurethane, polyamide, polyvinyl chloride, polyester, polystyrene, polyacetal, acrylonitrile It may be any one or more selected from butadiene styrene and styrene acrylonitrile.

例示的な具現例において、前記遷移金属塩または遷移金属酸化物は、組成物全体(HO基盤反応溶媒+遷移金属塩)の重量を基準にしたとき、0.001〜99重量%であってよい。非制限的な例示において、HO反応溶媒が例えば水溶液である場合、遷移金属塩または遷移金属酸化物が含まれた水溶液全体を基準にして、遷移金属塩または遷移金属酸化物が0.001〜99重量%の範囲で含まれていてよい。 In an exemplary embodiment, the transition metal salt or transition metal oxide is 0.001 to 99% by weight based on the weight of the entire composition (H 2 O-based reaction solvent + transition metal salt). You may In a non-limiting example, when the H 2 O reaction solvent is, for example, an aqueous solution, the transition metal salt or transition metal oxide is 0.001 based on the entire transition metal salt or the aqueous solution containing the transition metal oxide. It may be contained in the range of -99% by weight.

例示的な具現例において、エポキシ樹脂硬化物は、解重合用組成物(HO反応溶媒+遷移金属塩または遷移金属酸化物)の質量100重量部を基準にしたとき、1〜90重量部であってよい。非制限的な例示において、HO反応溶媒が水溶液の場合、遷移金属塩または遷移金属酸化物を含む水溶液100重量部に対してエポキシ樹脂硬化物が1〜90重量部であってよい。 In an exemplary embodiment, the epoxy resin cured product is 1 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of the depolymerization composition (H 2 O reaction solvent + transition metal salt or transition metal oxide). It may be. In a non-limiting example, when the H 2 O reaction solvent is an aqueous solution, the epoxy resin cured product may be 1 to 90 parts by weight with respect to 100 parts by weight of a transition metal salt or an aqueous solution containing a transition metal oxide.

例示的な具現例において、前記遷移金属塩が例えばMnOである場合、酸素ガスを水にバブリングしてKMnO水溶液を調製し、これにエポキシ樹脂硬化物を入れる方式にて解重合用組成物をエポキシ樹脂硬化物に提供していてよい。 In an exemplary embodiment, when the transition metal salt is, for example, MnO 2 , oxygen gas is bubbled into water to prepare a KMnO 4 aqueous solution, and a cured epoxy resin composition is added to this to prepare a composition for depolymerization. May be provided to the epoxy resin cured product.

一方、本発明の例示的な具現例では、前述したように遷移金属を含む遷移金属塩または遷移金属酸化物及び反応溶媒を含む解重合用組成物でエポキシ樹脂組成物を解重合する段階;及び解重合後の生成物から、例えば濾過や抽出などによってフィラーを収得する段階;を含むエポキシ樹脂硬化物からフィラーを分離する方法と、これにより得られたフィラーを提供する。   Meanwhile, in an exemplary embodiment of the present invention, as described above, depolymerizing an epoxy resin composition with a depolymerization composition containing a transition metal salt or transition metal oxide containing a transition metal and a reaction solvent; There is provided a method of separating a filler from an epoxy resin cured product, which comprises the steps of: obtaining a filler from a product after depolymerization, for example, by filtration or extraction; and a filler obtained thereby.

エポキシ樹脂硬化物から分離、回収されたフィラーは、エポキシ樹脂硬化物に用いられる前と比べて特性低下を抑えることができ、これにより特性に優れたリサイクルフィラーを得ることができる。   The filler separated and recovered from the epoxy resin cured product can suppress the property deterioration as compared to that before being used for the epoxy resin cured product, whereby a recycled filler excellent in the properties can be obtained.

例えば、後述する実施例から確認できるように、前記フィラーが炭素繊維である場合、エポキシ樹脂硬化物に含まれた原料フィラー炭素繊維に対する引張強度や伸び率などの特性低下が、例えば、13%以下または10%以下と極めて低いことが分かる。ちなみに、熱分解法を用いてCFRPから回収した炭素繊維の場合、原料炭素繊維に対して15%以上の引張強度の低下を示す(非特許文献1)。これに対し、本発明の具現例に従って解重合した場合、引張強度特性の低下が顕著に少ない炭素繊維を回収することができる。   For example, as can be confirmed from the examples to be described later, when the filler is a carbon fiber, the reduction in properties such as tensile strength and elongation relative to the raw material filler carbon fiber contained in the epoxy resin cured product is, for example, 13% or less Or it is understood that it is extremely low at 10% or less. Incidentally, in the case of carbon fibers recovered from CFRP using a thermal decomposition method, a decrease in tensile strength of 15% or more relative to the raw material carbon fibers is exhibited (Non-patent Document 1). On the other hand, when depolymerized according to the embodiment of the present invention, carbon fibers with significantly reduced tensile strength properties can be recovered.

例示的な具現例において、前記方法は、エポキシ樹脂硬化物を解重合した後に残留したHO反応溶媒に新しいエポキシ樹脂硬化物を加えて分解過程を繰り返し行うことができる。 In an exemplary embodiment, the method may repeat the decomposition process by adding a new epoxy resin cured product to the remaining H 2 O reaction solvent after depolymerizing the epoxy resin cured product.

以上の方法によってエポキシ樹脂硬化物を解重合して得られた生成物から、例えば、濾過や抽出及び洗浄によってフィラーを分離することができる。   The filler can be separated from the product obtained by depolymerizing the cured epoxy resin product by the above method, for example, by filtration, extraction and washing.

以下、本発明の例示的な具現例に係る具体的な実施例について詳細に説明する。なお、本発明が下記の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々の形態の実施例を具現することができ、且つ下記の実施例は、単に本発明の開示が完全になるようにすると共に、当業界における通常の知識を有する者が発明の実施を容易にできるようにするためのものに過ぎないことが理解できるであろう。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and various embodiments can be embodied within the scope of the claims, and the embodiments below merely disclose the present invention. It will be appreciated that it is merely for the purpose of facilitating the practice of the invention by those skilled in the art.

[実験1]
以下の実施例では水単独の溶媒を用いた。実施例2において超臨界状態の水溶液を用いたことを除いては、他の実施例では水溶液(液相)を用いた。水の誘電率は80.2である。
[Experiment 1]
Water alone was used in the following examples. An aqueous solution (liquid phase) was used in the other examples except that the aqueous solution in the supercritical state was used in Example 2. The dielectric constant of water is 80.2.

一方、比較例1では、水とアセトンの混合溶媒を用い、誘電率が約44であった。比較例2では硝酸水溶液を用いた。   On the other hand, in Comparative Example 1, the dielectric constant was about 44 using a mixed solvent of water and acetone. In Comparative Example 2, a nitric acid aqueous solution was used.

一方、実施例3は、実施例1と比べて廃CFRPの量を15倍増大させたものであり、実施例4は、廃CFRPの量を実施例3と同一にすると共に、過マンガン酸カリウム水溶液の量も増大させたものである。   On the other hand, in Example 3, the amount of waste CFRP is increased by 15 times in comparison with Example 1, and in Example 4, the amount of waste CFRP is made the same as in Example 3, and potassium permanganate is used. The amount of aqueous solution is also increased.

また、実施例5は、廃CFRPの粉砕後に解重合を実施したものであり、実施例6は、廃CFRPを酢酸に含浸後に解重合を実施したものであり、実施例7は、廃CFRPを粉砕及び含浸後に解重合したものである。   Moreover, Example 5 implemented depolymerization after grinding of waste CFRP, Example 6 implemented depolymerization after impregnating waste CFRP with acetic acid, and Example 7 included waste CFRP. Depolymerized after grinding and impregnation.

また、実施例8は、遷移金属酸化物として酸化クロム(VI)(CrO)を用いたものであり、実施例9は、遷移金属酸化物として五酸化バナジウム(V)を用いたものであり、実施例10は、遷移金属塩として塩化ルテニウム(RuCl)を用いたものであり、実施例11は、遷移金属酸化物として酸化モリブデン(MoO)を用いたものであり、実施例12は、遷移金属酸化物としてメチル三酸化レニウム(MTO)を用いたものであり、実施例13は、遷移金属酸化物として四酸化オスミウム(OsO)を用いたものである。 Example 8 uses chromium oxide (VI) (CrO 3 ) as a transition metal oxide, and Example 9 uses vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) as a transition metal oxide. In Example 10, ruthenium chloride (RuCl 3 ) is used as a transition metal salt, and in Example 11, molybdenum oxide (MoO 3 ) is used as a transition metal oxide. Example 12 uses rhenium methyl trioxide (MTO) as a transition metal oxide, and Example 13 uses osmium tetraoxide (OsO 4 ) as a transition metal oxide.

[実施例1:過マンガン酸カリウム(KMnO)水溶液を用いたCFRP中のエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(炭素繊維)の分離]
本実施例1で用いられたエポキシ樹脂硬化物は廃CFRPである。前記廃CFRPは、ハロゲン元素を含むビスフェノールAのジグリシジルエーテル形態のエポキシ化合物と芳香族アミン基を含む芳香族硬化剤を用いて生成されたエポキシ樹脂硬化物と炭素繊維からなるものである。このCFRPは芳香族硬化剤を用いるため、一般に相当に分解し難いものと知られている。
[Example 1: Depolymerization of epoxy resin cured product in CFRP using potassium permanganate (KMnO 4 ) aqueous solution and separation of filler (carbon fiber)]
The epoxy resin cured product used in Example 1 is waste CFRP. The waste CFRP comprises an epoxy resin cured product produced by using an epoxy compound in the form of a diglycidyl ether of bisphenol A containing a halogen element and an aromatic curing agent containing an aromatic amine group, and a carbon fiber. Since this CFRP uses an aromatic curing agent, it is generally known to be considerably difficult to decompose.

前記廃CFRP 0.1gを開放されたガラス容器に入れられた2mol/L過マンガン酸カリウム水溶液70mLに投入した後、70度で撹拌した。加圧リアクター(Autoclave)は使用しなかった。   After charging 0.1 g of the waste CFRP into 70 mL of a 2 mol / L aqueous solution of potassium permanganate contained in an open glass container, the mixture was stirred at 70 ° C. A pressurized reactor (Autoclave) was not used.

図2Aは、本発明実施例1において解重合前のCFRPを撮影した写真であり、図2Bは、本発明実施例1において解重合後に回収した炭素繊維を撮影した写真である。   FIG. 2A is a photograph of CFRP before depolymerization in Example 1 of the invention, and FIG. 2B is a photograph of carbon fiber recovered after depolymerization in Example 1 of the invention.

図3は、本発明実施例1における反応系の過マンガン酸カリウム水溶液と比較例3における反応系の硝酸水溶液のpHをそれぞれ測定した結果であり、図4は、本発明実施例1において解重合反応によって生成された二酸化マンガンを濾過及び分離後に撮影した写真である。   FIG. 3 shows the results of measurement of the pH of the aqueous solution of potassium permanganate in the reaction system of Example 1 of the present invention and the pH of the aqueous solution of nitric acid in the reaction system of Comparative Example 3, and FIG. It is a photograph taken after filtration and separation of manganese dioxide generated by the reaction.

また、エポキシ樹脂の解重合が完了した時間を表1に、エポキシ樹脂の解重合後に得た過マンガン酸カリウム水溶液のpHを測定した結果を表2に、解重合工程前後の炭素繊維の引張強度の変化を表3と図5に示した。   In addition, Table 1 shows the time when the depolymerization of the epoxy resin was completed, and Table 2 shows the results of measuring the pH of the aqueous potassium permanganate solution obtained after the depolymerization of the epoxy resin. Table 3 and FIG. 5 show the change of.

3時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合(残留率5%以下)されたことを確認してから、Advantec社のセルロース濾過紙を利用して水溶液中の炭素繊維と二酸化マンガンを濾過した後、炭素繊維を分離及び洗浄し、乾燥した。乾燥した炭素繊維の熱重量分析装置(TGA)の測定結果から、エポキシ残留物がないことを確認した。   After confirming that the epoxy resin had been substantially completely depolymerized (residuality 5% or less) after 3 hours, carbon fiber and manganese dioxide in an aqueous solution were filtered using cellulose filter paper of Advantec. After that, the carbon fiber was separated, washed and dried. From the measurement results of the dried carbon fiber thermogravimetric analyzer (TGA), it was confirmed that there was no epoxy residue.

また、本発明実施例1の解重合生成物に多量のC−OH結合が形成されていることを確認するために、解重合以前のCFRPと解重合生成物のFT−IR分析を行い、図6に示した。   In addition, in order to confirm that a large amount of C-OH bond is formed in the depolymerization product of Inventive Example 1, FT-IR analysis of CFRP and the depolymerization product before depolymerization is performed, 6 shows.

解重合生成物は、実施例1において炭素繊維及び二酸化マンガンを濾過してから残留した水溶液状の生成物をジクロロメタンを利用して抽出した後に乾燥させて得られた固形の混合物である。FT−IR分析の場合、Thermo Scientific社製のNicolet iS 10機器を使用し、固形の混合物と臭化カリウムを用いてペレットを製造した後に500cm−1〜4000cm−1波数区間を測定した。FT−IR結果から、OH基が多く発生したことを確認することができた。   The depolymerization product is a solid mixture obtained by filtering the carbon fiber and manganese dioxide in Example 1, and then extracting the product in the form of an aqueous solution remaining using dichloromethane and drying. In the case of FT-IR analysis, using a Thermo Scientific Nicolet iS 10 instrument, pellets were prepared using a solid mixture and potassium bromide, and then a 500 cm-1 to 4000 cm-1 wave number interval was measured. From the FT-IR results, it could be confirmed that a large number of OH groups were generated.

[実施例2:超臨界状態の過マンガン酸カリウム(KMnO)水溶液を用いたCFRP中のエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(炭素繊維)の分離]
実施例1で用いられたのと同じCFRP 0.1gを圧力計付き回分式反応器に入れられた2mol/L過マンガン酸カリウム水溶液70mLに投入した後、反応器を密閉してから電気加熱ジャケットを利用して374℃で加熱した。このとき、圧力計に表示された圧力は221barであった。
[Example 2: Depolymerization of epoxy resin cured product in CFRP using supercritical potassium permanganate (KMnO 4 ) aqueous solution and separation of filler (carbon fiber)]
After charging 0.1 g of the same CFRP used in Example 1 to 70 mL of a 2 mol / L aqueous solution of potassium permanganate contained in a batch reactor equipped with a pressure gauge, the reactor is closed and then the electric heating jacket is used. And heated at 374 ° C. At this time, the pressure displayed on the pressure gauge was 221 bar.

1時間後に反応器を室温まで冷却させてから、反応器内部のエポキシ樹脂が解重合されたかどうかを確認した。   After one hour, the reactor was allowed to cool to room temperature, and then it was confirmed whether the epoxy resin inside the reactor had been depolymerized.

1時間単位で反応時間を増やしていき、エポキシ樹脂の分解が完了する時間を表1に表した。   The reaction time was increased in units of 1 hour, and the time when the decomposition of the epoxy resin was completed is shown in Table 1.

2時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、反応器内部の炭素繊維と二酸化マンガンを濾過した後、炭素繊維を分離及び洗浄し、乾燥した。
エポキシ樹脂の解重合が完了した時間を表1に表した。
After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 2 hours, carbon fibers and manganese dioxide in the reactor were filtered, and the carbon fibers were separated, washed and dried.
The time when the depolymerization of the epoxy resin was completed is shown in Table 1.

[実施例3:過マンガン酸カリウム(KMnO)水溶液を用いたCFRP中のエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(炭素繊維)の分離:CFRP量増加]
一方、今回は、廃CFRPの量を15倍になるように増加させた(すなわち、1.5g)ことを除いては、実施例1と同一の条件(すなわち、2mol/L過マンガン酸カリウム水溶液70mLに投入した後、70℃で撹拌)にしたときの結果を調べてみた。
[Example 3: Depolymerization of epoxy resin cured product in CFRP using potassium permanganate (KMnO 4 ) aqueous solution and separation of filler (carbon fiber): CFRP amount increase]
On the other hand, this time, the condition (that is, 2 mol / L potassium permanganate aqueous solution) was the same as Example 1 except that the amount of waste CFRP was increased to 15 times (that is, 1.5 g). After charging to 70 mL, the results of stirring at 70 ° C. were examined.

10時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中の炭素繊維と二酸化マンガンを濾過した後、炭素繊維を分離及び洗浄し、乾燥した。
エポキシ樹脂の解重合が完了した時間を表1に表した。
After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 10 hours, the carbon fiber and manganese dioxide in the aqueous solution were filtered, and the carbon fiber was separated, washed and dried.
The time when the depolymerization of the epoxy resin was completed is shown in Table 1.

[実施例4:過マンガン酸カリウム(KMnO)水溶液を用いたCFRP中のエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(炭素繊維)の分離:解重合条件の変化]
今回は、実施例1で用いた廃CFRP 1.5g(実施例3と同一)を開放されたガラス容器に入れられた4mol/L過マンガン酸カリウム水溶液100mLに投入した後、90℃で撹拌した。加圧リアクター(Autoclave)は使用しなかった。
[Example 4: Depolymerization of epoxy resin cured product in CFRP using potassium permanganate (KMnO 4 ) aqueous solution and separation of filler (carbon fiber): Change in depolymerization conditions]
This time, after charging 1.5 g of waste CFRP used in Example 1 (identical to Example 3) into 100 mL of a 4 mol / L potassium permanganate aqueous solution placed in an open glass container, it was stirred at 90 ° C. . A pressurized reactor (Autoclave) was not used.

7時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中の炭素繊維と二酸化マンガンを濾過した後、炭素繊維を分離及び洗浄し、乾燥した。   After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 7 hours, the carbon fiber and manganese dioxide in the aqueous solution were filtered, and the carbon fiber was separated, washed and dried.

エポキシ樹脂の解重合が完了した時間を表1に表した。また、本実施例4の結果として回収された炭素繊維の引張強度の測定結果を表3に表した。   The time when the depolymerization of the epoxy resin was completed is shown in Table 1. In addition, the measurement results of the tensile strength of the carbon fiber recovered as a result of Example 4 are shown in Table 3.

[実施例5:過マンガン酸カリウム(KMnO)水溶液を用いたCFRP中のエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(炭素繊維)の分離:CFRP粉砕後解重合]
廃CFRP 1.0kgを中国のWellbom社製のBarley Grinder Crusher手動粉砕機で平均直径2.0mmの断片に粉砕したことを除いては、前記実施例4と同一の条件にした。
[Example 5: Depolymerization of epoxy resin cured product in CFRP using potassium permanganate (KMnO 4 ) aqueous solution and separation of filler (carbon fiber): Depolymerization after CFRP grinding]
The conditions were the same as in Example 4 except that 1.0 kg of waste CFRP was ground into fragments having an average diameter of 2.0 mm using a Barley Grinder Crusher manual grinder manufactured by Wellbom Co., Ltd. in China.

粉砕されたエポキシ樹脂硬化物断片1.5gを開放されたガラス容器に入れられた4mol/L過マンガン酸カリウム水溶液100mLに投入した後、90℃で撹拌した。加圧リアクター(Autoclave)は使用しなかった。   After charging 1.5 g of the crushed cured product of epoxy resin into 100 mL of a 4 mol / L aqueous solution of potassium permanganate contained in an open glass container, it was stirred at 90.degree. A pressurized reactor (Autoclave) was not used.

4時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中の炭素繊維と二酸化マンガンを濾過した後、炭素繊維を分離及び洗浄し、乾燥した。
エポキシ樹脂の解重合が完了した時間を表1に表した。
After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 4 hours, the carbon fiber and manganese dioxide in the aqueous solution were filtered, and the carbon fiber was separated, washed and dried.
The time when the depolymerization of the epoxy resin was completed is shown in Table 1.

[実施例6:過マンガン酸カリウム(KMnO)水溶液を用いたCFRP中のエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(炭素繊維)の分離:CFRP含浸後解重合]
廃CFRP 1.5gを99%酢酸100mLに入れ、120度で30分間加熱したことを除いては、前記実施例4と同一の条件にした。加熱後、エポキシ樹脂硬化物を分離してから、酢酸20mLで洗浄後に乾燥した。
[Example 6: Depolymerization of epoxy resin cured product in CFRP using potassium permanganate (KMnO 4 ) aqueous solution and separation of filler (carbon fiber): Depolymerization after CFRP impregnation]
The conditions were the same as in Example 4 except that 1.5 g of waste CFRP was added to 100 mL of 99% acetic acid and heated at 120 ° C. for 30 minutes. After heating, the cured epoxy resin was separated, washed with 20 mL of acetic acid and then dried.

乾燥されたエポキシ樹脂硬化物を開放されたガラス容器に入れられた4mol/L過マンガン酸カリウム水溶液100mLに投入した後、90℃で撹拌した。加圧リアクター(Autoclave)は使用しなかった。   After charging the dried cured epoxy resin product into 100 mL of a 4 mol / L aqueous potassium permanganate aqueous solution placed in an open glass container, it was stirred at 90 ° C. A pressurized reactor (Autoclave) was not used.

5時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中の炭素繊維と二酸化マンガンを濾過した後、炭素繊維を分離及び洗浄し、乾燥した。   After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 5 hours, the carbon fiber and manganese dioxide in the aqueous solution were filtered, and the carbon fiber was separated, washed and dried.

エポキシ樹脂硬化物の解重合が完了した時間を表1に表した。また、本発明実施例6で用いられた炭素繊維の引張強度の測定結果を表3に表した。   The time when the depolymerization of the cured epoxy resin was completed is shown in Table 1. In addition, the measurement results of the tensile strength of the carbon fiber used in Example 6 of the present invention are shown in Table 3.

[実施例7:過マンガン酸カリウム(KMnO)水溶液を用いたCFRP中のエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(炭素繊維)の分離:CFRP粉砕及び含浸後解重合]
廃CFRP 1.0kgをイギリスのGlen Creston社製のMicro Hammer Cutter Mill自動粉砕機で平均直径2.0mmの断片に粉砕したことを除いては、前記実施例6と同一の条件にした。
[Example 7: Depolymerization of epoxy resin cured product in CFRP using potassium permanganate (KMnO 4 ) aqueous solution and separation of filler (carbon fiber): CFRP crushing and depolymerization after impregnation]
The conditions were the same as in Example 6 except that 1.0 kg of waste CFRP was crushed into fragments having an average diameter of 2.0 mm using a Micro Hammer Cutter Mill automatic grinder made by Glen Creston, UK.

粉砕されたエポキシ樹脂硬化物1.5gを99%酢酸100mLに入れて120℃で30分間加熱した後、エポキシ樹脂硬化物を分離してからアセトン20mLで洗浄後に乾燥した。   After 1.5 g of the crushed cured epoxy resin was added to 100 mL of 99% acetic acid and heated at 120 ° C. for 30 minutes, the cured epoxy resin was separated, washed with 20 mL of acetone and then dried.

乾燥されたエポキシ樹脂硬化物を開放されたガラス容器に入れられた4 mol/L過マンガン酸カリウム水溶液100mLに投入した後、90℃で撹拌した。加圧リアクター(Autoclave)は使用しなかった。   After charging the dried cured epoxy resin product into 100 mL of a 4 mol / L potassium permanganate aqueous solution placed in an open glass container, it was stirred at 90.degree. A pressurized reactor (Autoclave) was not used.

3時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中の炭素繊維と二酸化マンガンを濾過した後、炭素繊維を分離及び洗浄し、乾燥した。
エポキシ樹脂硬化物の解重合が完了した時間を表1に表した。
After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 3 hours, the carbon fiber and manganese dioxide in the aqueous solution were filtered, and the carbon fiber was separated, washed and dried.
The time when the depolymerization of the cured epoxy resin was completed is shown in Table 1.

[実施例8:酸化クロム(VI)水溶液を用いたフィラー(グラフェン)を含むエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(グラフェン)の分離]
本実施例8で用いられた硬化物は、クレゾールノボラックのグリシジルエーテル形態のエポキシ化合物と芳香族アミン基を含む硬化剤を用いて生成されたエポキシ樹脂とグラフェンからなる。該CFRPは、ノボラックエポキシ化合物と芳香族硬化剤を用いるため、一般に相当に分解し難いと知られている。
Example 8 Depolymerization of Epoxy Resin Cured Product Containing Filler (Graphene) Using Chromium (VI) Aqueous Solution and Separation of Filler (Graphene)
The cured product used in Example 8 is composed of an epoxy resin and graphene which are produced using an epoxy compound in the form of glycidyl ether of cresol novolac and a curing agent containing an aromatic amine group. The CFRP is generally known to be considerably difficult to be decomposed because it uses a novolak epoxy compound and an aromatic curing agent.

前記エポキシ樹脂硬化物0.1gを開放されたガラス容器に入れられた2 mol/L酸化クロム水溶液70mLに投入した後、70℃で撹拌した。加圧リアクター(Autoclave)は使用しなかった。   After charging 0.1 g of the cured epoxy resin into 70 mL of a 2 mol / L chromium oxide aqueous solution placed in an open glass container, the mixture was stirred at 70 ° C. A pressurized reactor (Autoclave) was not used.

6.5時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中のグラフェンと酸化クロム(III)を濾過した後、グラフェンを分離及び洗浄し、乾燥した。
エポキシ樹脂硬化物の解重合が完了した時間を表1に表した。
After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 6.5 hours, the graphene and the chromium (III) oxide in the aqueous solution were filtered, and then the graphene was separated, washed and dried.
The time when the depolymerization of the cured epoxy resin was completed is shown in Table 1.

[実施例9:五酸化バナジウム(V)水溶液を用いたフィラー(酸化グラフェン)を含むエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(酸化グラフェン)の分離]
本実施例9で用いられた硬化物は、グリシジルアミン形態のエポキシ化合物と酸無水物基を含む硬化剤を用いて生成されたエポキシ樹脂硬化物と酸化グラフェンからなる。
[Example 9: Depolymerization of epoxy resin cured product containing filler (graphene oxide) using vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) aqueous solution and separation of filler (graphene oxide)]
The cured product used in the present Example 9 is composed of an epoxy resin cured product and graphene oxide produced using a curing agent containing an epoxy compound in the form of glycidyl amine and an acid anhydride group.

エポキシ樹脂を含む硬化物0.1gを開放されたガラス容器に入れられた2mol/L五酸化バナジウム水溶液70mLに投入した後、70℃で撹拌した。加圧リアクター(Autoclave)は使用しなかった。   After charging 0.1 g of a cured product containing an epoxy resin into 70 mL of a 2 mol / L aqueous solution of vanadium pentoxide contained in an open glass container, it was stirred at 70.degree. A pressurized reactor (Autoclave) was not used.

6時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中の酸化グラフェンを濾過して分離後、乾燥した。
エポキシ樹脂硬化物の解重合が完了した時間を表1に表した。
After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 6 hours, graphene oxide in an aqueous solution was separated by filtration and dried.
The time when the depolymerization of the cured epoxy resin was completed is shown in Table 1.

[実施例10:塩化ルテニウム(RuCl)水溶液を用いたフィラー(炭素ナノチューブ)を含むエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(炭素ナノチューブ)の分離]
本実施例10で用いられた硬化物は、実施例8と同様にクレゾールノボラックのグリシジルエーテル形態のエポキシ化合物と芳香族アミン基を含む硬化剤を用いて生成されたエポキシ樹脂硬化物と炭素ナノチューブからなる。
Example 10 Depolymerization of Epoxy Resin Cured Product Containing Filler (Carbon Nanotube) Using Ruthenium Chloride (RuCl 3 ) Aqueous Solution and Separation of Filler (Carbon Nanotube)
The cured product used in this Example 10 is the same as Example 8 from a cured epoxy resin product and a carbon nanotube which were produced using an epoxy compound in the form of glycidyl ether of cresol novolac and a curing agent containing an aromatic amine group. Become.

エポキシ樹脂を含む硬化物0.1gを開放されたガラス容器に入れられた2mol/L塩化ルテニウム水溶液70mLに投入した後、70℃で撹拌した。加圧リアクター(Autoclave)は使用しなかった。   After charging 0.1 g of a cured product containing an epoxy resin into 70 mL of a 2 mol / L ruthenium chloride aqueous solution placed in an open glass container, it was stirred at 70 ° C. A pressurized reactor (Autoclave) was not used.

5.5時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中の炭素ナノチューブを濾過して分離後、乾燥した。
エポキシ樹脂硬化物の解重合が完了した時間を表1に表した。
After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 5.5 hours, the carbon nanotubes in the aqueous solution were separated by filtration and dried.
The time when the depolymerization of the cured epoxy resin was completed is shown in Table 1.

[実施例11:酸化モリブデン(MoO)水溶液を用いたフィラー(ガラス繊維)を含むエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(ガラス繊維)の分離]
本実施例11で用いられた硬化物は、実施例8と同様にクレゾールノボラックのグリシジルエーテル形態のエポキシ化合物と芳香族アミン基を含む硬化剤を用いて生成されたエポキシ樹脂硬化物とガラス繊維からなる。
Example 11 Depolymerization of Epoxy Resin Cured Product Containing Filler (Glass Fiber) Using Molybdenum Oxide (MoO 3 ) Aqueous Solution and Separation of Filler (Glass Fiber)
The cured product used in this Example 11 is the same as Example 8 from an epoxy resin cured product and a glass fiber produced using an epoxy compound in the form of glycidyl ether of cresol novolac and a curing agent containing an aromatic amine group. Become.

エポキシ樹脂を含む硬化物0.1gを開放されたガラス容器に入れられた2mol/L酸化モリブデン水溶液70mLに投入した後、70℃で撹拌した。加圧リアクター(Autoclave)は使用しなかった。   After charging 0.1 g of a cured product containing an epoxy resin into 70 mL of a 2 mol / L aqueous solution of molybdenum oxide contained in an open glass container, it was stirred at 70 ° C. A pressurized reactor (Autoclave) was not used.

6.5時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中のガラス繊維とモリブデンを濾過した後、ガラス繊維を分離及び洗浄し、乾燥した。
エポキシ樹脂硬化物の解重合が完了した時間を表1に表した。
After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 6.5 hours, after filtering the glass fiber and molybdenum in the aqueous solution, the glass fiber was separated, washed and dried.
The time when the depolymerization of the cured epoxy resin was completed is shown in Table 1.

[実施例12:メチル三酸化レニウム(MTO)水溶液を用いたフィラー(アルミナ)を含むエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(アルミナ)の分離]
本実施例12で用いられた硬化物は、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル形態のエポキシ化合物と脂肪族アミン基を含む硬化剤を用いて生成されたエポキシ樹脂硬化物とアルミナからなる。
[Example 12: Depolymerization of epoxy resin cured product containing filler (alumina) using methyl rhenium trioxide (MTO) aqueous solution and separation of filler (alumina)]
The cured product used in the present Example 12 is composed of an epoxy resin cured product and alumina produced using an epoxy compound in the form of diglycidyl ether of bisphenol A and a curing agent containing an aliphatic amine group.

エポキシ樹脂を含む硬化物0.1gを開放されたガラス容器に入れられた2mol/L MTO水溶液70mLに投入した後、70℃で撹拌した。加圧リアクター(Autoclave)は使用しなかった。   After charging 0.1 g of a cured product containing an epoxy resin into 70 mL of a 2 mol / L MTO aqueous solution placed in an open glass container, it was stirred at 70.degree. A pressurized reactor (Autoclave) was not used.

7時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中のアルミナを濾過して分離後、乾燥した。
エポキシ樹脂硬化物の解重合が完了した時間を表1に表した。
After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 7 hours, alumina in an aqueous solution was separated by filtration and dried.
The time when the depolymerization of the cured epoxy resin was completed is shown in Table 1.

[実施例13:四酸化オスミウム(OsO)水溶液を用いたフィラー(シリコンカーバイド)を含むエポキシ樹脂硬化物の解重合及びフィラー(シリコンカーバイド)の分離]
本実施例13で用いられた硬化物は、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル形態のエポキシ化合物と脂肪族アミン基を含む硬化剤を用いて生成されたエポキシ樹脂硬化物とシリコンカーバイドからなる。
Example 13 Depolymerization of Epoxy Resin Cured Product Containing Filler (Silicon Carbide) Using Osmium Tetraoxide (OsO 4 ) Aqueous Solution and Separation of Filler (Silicon Carbide)
The cured product used in the present Example 13 is composed of an epoxy resin cured product and silicon carbide which are produced using an epoxy compound in the form of diglycidyl ether of bisphenol A and a curing agent containing an aliphatic amine group.

エポキシ樹脂を含む硬化物0.1gを開放されたガラス容器に入れられた2mol/L四酸化オスミウム水溶液70mLに投入した後、70℃で撹拌した。加圧リアクター(Autoclave)は使用しなかった。   After charging 0.1 g of a cured product containing an epoxy resin into 70 mL of a 2 mol / L osmium tetraoxide aqueous solution placed in an open glass container, the mixture was stirred at 70 ° C. A pressurized reactor (Autoclave) was not used.

4.5時間後にエポキシ樹脂が実質的に完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中のシリコンカーバイドを濾過して分離後、乾燥した。
エポキシ樹脂硬化物の解重合が完了した時間を表1に表した。
After confirming that the epoxy resin was substantially completely depolymerized after 4.5 hours, silicon carbide in an aqueous solution was separated by filtration and dried.
The time when the depolymerization of the cured epoxy resin was completed is shown in Table 1.

[比較例1:過マンガン酸カリウム水溶液とアセトンとの混合液(KMnO+HO+アセトン)を用いたCFRP中のエポキシ樹脂硬化物の解重合及び炭素繊維の分離]
実施例1で用いられたものと同一のCFRP 0.1gを開放されたガラス容器に入れられた2mol/L過酸化水素水と33%(全溶媒中の体積比)アセトンとの混合液11mL(すなわち、全溶媒中でアセトンが33体積%、水体積比は67%)に投入した後、70℃で撹拌した。
[Comparative example 1: Depolymerization of epoxy resin cured product in CFRP using mixed solution of potassium permanganate aqueous solution and acetone (KMnO 4 + H 2 O + acetone) and separation of carbon fiber]
0.1 mL of a mixture of 0.1 g of CFRP identical to that used in Example 1 placed in an open glass container, 11 mL of a mixed solution of 2 mol / L hydrogen peroxide solution and 33% (volume ratio in all solvents) acetone That is, after charging acetone to 33% by volume and the water volume ratio to 67% in all the solvents, the mixture was stirred at 70 ° C.

エポキシ樹脂の解重合の有無を表1に表した。比較例1では、エポキシ樹脂が解重合せず(分解率4.5%、28%、または34%)、炭素繊維を分離することができなかった。   The presence or absence of depolymerization of the epoxy resin is shown in Table 1. In Comparative Example 1, the epoxy resin did not depolymerize (decomposition ratio 4.5%, 28%, or 34%), and it was not possible to separate the carbon fiber.

本比較例では、反応系の誘電率が低くて過マンガン酸カリウムの溶解及びイオン解離が生じ難く、且つ酸化反応によるOH基の形成が少ないことから、解重合が生じ難い結果が出たと考えられる。実施例と同一のCFRPを用いたにも拘らず(エポキシ樹脂硬化物の硬化剤が芳香族ジアミン系で相当に分解し難い)、実施例とは異なり、全く解重合が生じない結果が出たことに注目される。   In this comparative example, it is considered that depolymerization hardly occurs because the dielectric constant of the reaction system is low, dissolution and ion dissociation of potassium permanganate are difficult to occur, and formation of OH group by oxidation reaction is small. . Despite using the same CFRP as in the example (the curing agent for the epoxy resin cured product is considerably difficult to be decomposed by the aromatic diamine system), unlike the example, no depolymerization occurs. It is noted that.

[比較例2:硝酸水溶液を用いたエポキシ樹脂の分解及び炭素繊維の分離]
実施例1で用いられたものと同一のCFRP 0.1gを開放されたガラス容器に入れられた2mol/L硝酸水溶液に投入した後、70℃で撹拌した。
[Comparative Example 2: Decomposition of epoxy resin using nitric acid aqueous solution and separation of carbon fiber]
After charging 0.1 g of CFRP identical to that used in Example 1 into a 2 mol / L nitric acid aqueous solution placed in an open glass container, it was stirred at 70 ° C.

図2にはCFRPが入っている硝酸水溶液のpHを測定した結果を示した。また、エポキシ樹脂の分解が完了した時間を表1に、炭素繊維を濾過した後に得られた硝酸水溶液のpHを測定した結果を表2に表した。   FIG. 2 shows the result of measuring the pH of the aqueous nitric acid solution containing CFRP. In addition, Table 1 shows the time when decomposition of the epoxy resin was completed, and Table 2 shows the result of measuring the pH of the aqueous nitric acid solution obtained after filtering the carbon fiber.

12時間後にエポキシ樹脂が完全に解重合されたことを確認してから、水溶液中の炭素繊維を濾過して分離後、乾燥した。   After confirming that the epoxy resin was completely depolymerized after 12 hours, carbon fibers in an aqueous solution were separated by filtration and dried.

[実施例及び比較例のエポキシ分解実験結果及び回収されたフィラーの特性分析]
実施例及び比較例においてエポキシ樹脂の分解に掛かった時間を表1に表した。また、実施例1と比較例2において炭素繊維を濾過した後に得られた過マンガン酸カリウム水溶液及び硝酸水溶液のpHを測定した結果を表2に表した。
[Epoxy decomposition experimental results of Examples and Comparative Examples and characterization of recovered filler]
The time taken for the decomposition of the epoxy resin in Examples and Comparative Examples is shown in Table 1. Moreover, the result of having measured pH of the potassium permanganate aqueous solution and nitric acid aqueous solution obtained after filtering carbon fiber in Example 1 and Comparative Example 2 was represented in Table 2.

前記表1の実施例と比較例から分かるように、実施例の場合、反応温度が低いながらも反応時間が相対的に極めて早かった。これに対し、特に比較例1においてアセトンを反応溶媒中で33体積%程度含ませた場合(誘電率が約44)、エポキシ樹脂硬化物の分解が生じないことを確認することができた。   As can be seen from the examples of Table 1 and the comparative examples, in the case of the examples, the reaction time was relatively fast although the reaction temperature was low. On the other hand, it was confirmed that decomposition of the cured epoxy resin did not occur particularly when acetone was contained in the reaction solvent at about 33% by volume (dielectric constant: about 44) in Comparative Example 1.

一方、硝酸水溶液を用いた比較例2の場合は、過マンガン酸カリウム水溶液を用いた実施例1に比べて、反応時間が4倍と極めて遅かった。また、前記表2から確認することができるように、実施例1で用いた組成物は、硝酸水溶液よりも高いpH値を示し、作業条件がよりマイルドであることを確認した。   On the other hand, in the case of Comparative Example 2 in which a nitric acid aqueous solution was used, the reaction time was 4 times as slow as in Example 1 in which a potassium permanganate aqueous solution was used. Also, as can be confirmed from Table 2, the composition used in Example 1 exhibited a higher pH value than the aqueous nitric acid solution, and it was confirmed that the working conditions were more mild.

図5は、本発明実施例1のCFRPに用いられた炭素繊維(原料炭素繊維、V−CFと表示する)と実施例1の結果として回収された炭素繊維(R−CFと表示する)の引張強度の測定から得られた結果を比較するグラフである。   FIG. 5 shows carbon fibers (designated as raw material carbon fibers, denoted as V-CF) used for CFRP of Example 1 of the present invention and carbon fibers collected as a result of Example 1 (designated as R-CF). It is a graph which compares the result obtained from measurement of tensile strength.

実施例1から回収された炭素繊維の引張強度の測定結果から、本発明の具現例の方法を用いてCFRPを分解することで引張強度の低下の少ない(10%以内)炭素繊維をCFRPから回収可能であることを確認した。これは、熱分解法を用いてCFRPから回収した炭素繊維が原料対比15%以上の引張強度の低下を示したこと(非特許文献1)と比較するとき、本発明の具現例による解重合方法によれば、高い特性の炭素繊維が回収可能であることを示す。   From the measurement results of tensile strength of carbon fiber recovered from Example 1, carbon fiber with less decrease in tensile strength (within 10%) recovered from CFRP by decomposing CFRP using the method of the embodiment of the present invention It confirmed that it was possible. This is because the carbon fiber recovered from CFRP using the thermal decomposition method shows a reduction in tensile strength of 15% or more relative to the raw material (non-patent document 1), the depolymerization method according to the embodiment of the present invention Indicates that carbon fibers with high characteristics can be recovered.

一方、前記表1の実施例4〜7では、それぞれ同一のエポキシ樹脂硬化物と解重合用組成物を用いているが、実施例5〜7は表面処理工程を含めて実施し、実施例4は表面処理工程を含めずに実施した。実施例4の場合でも解重合が高速でなされたが、表面処理工程を含むことでエポキシ樹脂硬化物がより高速で解重合されることを確認し、粉砕及び含浸工程をいずれも含む実施例7で最も早期にエポキシ樹脂硬化物の解重合が完了することを確認した。   On the other hand, in Examples 4 to 7 of Table 1, although the same epoxy resin cured product and depolymerization composition are used, Examples 5 to 7 are carried out including the surface treatment step, and Example 4 Was carried out without including the surface treatment step. Even in the case of Example 4, the depolymerization was carried out at high speed, but it was confirmed that the cured epoxy resin was depolymerized at a higher speed by including the surface treatment step, and Example 7 including both the grinding and impregnation steps. It was confirmed that the depolymerization of the cured epoxy resin was completed at the earliest stage.

このような解重合完了時間の短縮は、表面前処理によってエポキシ樹脂硬化物の反応表面積の増大によって解重合がさらに活性化したことによるものと考えられる。このような解重合の活性化は、粉砕方法を用いた物理的な表面積の増大だけでなく、含浸方法を用いた化学的な表面積の増大によっても発生するようになる。   Such shortening of the depolymerization completion time is considered to be due to further activation of depolymerization due to the increase in the reaction surface area of the cured epoxy resin product by the surface pretreatment. Such activation of depolymerization is caused not only by the increase of physical surface area using the grinding method but also by the increase of chemical surface area using the impregnation method.

また、前記表3から確認できるように、含浸工程を含む実施例6の結果として回収した炭素繊維の引張強度が、含浸工程を含まない実施例4の結果として回収した炭素繊維の引張強度よりも優れていることを確認した。これは、表面処理工程によってエポキシ樹脂硬化物の解重合に掛かる時間が減ったことにより、解重合工程中で生じ得る炭素繊維の特性低下がさらに低減したことを示す。   Also, as can be confirmed from Table 3, the tensile strength of the carbon fiber recovered as a result of Example 6 including the impregnation step is higher than the tensile strength of the carbon fiber recovered as a result of Example 4 not including the impregnation step. It confirmed that it was excellent. This indicates that the decrease in the time taken for the depolymerization of the cured epoxy resin product by the surface treatment step further reduces the deterioration in the properties of the carbon fiber that can occur in the depolymerization step.

このような引張強度の測定結果から、本発明の具現例の方法を用いてエポキシ樹脂硬化物を解重合することで、物性に優れている炭素繊維をCFRPから回収可能であることを確認した。   From such measurement results of tensile strength, it was confirmed that carbon fibers excellent in physical properties can be recovered from CFRP by depolymerizing the cured epoxy resin product using the method of the embodiment of the present invention.

[実験2]
本実験2では、反応溶媒として水と多種の有機溶媒(アセトン、イソプロピルアルコール、エタノール)との混合溶媒を用い、混合比率を変えていくことで誘電率を変化させ、それによるエポキシ解重合程度を測定した。化合物は、過マンガン酸カリウム(KMnO)を用いた。表4〜表6に実験条件及び結果を表した。
[Experiment 2]
In this experiment 2, using a mixed solvent of water and various organic solvents (acetone, isopropyl alcohol, ethanol) as the reaction solvent, the dielectric constant is changed by changing the mixing ratio, and the degree of epoxy depolymerization by it is It was measured. As a compound, potassium permanganate (KMnO 4 ) was used. Experimental conditions and results are shown in Tables 4 to 6.

*前記表においてCFPRの解重合反応前のエポキシ樹脂の含有量は19.4重量%(総CFRP中のエポキシ樹脂の重量%)であった。エポキシ残留量は、これを基準にして24時間または5時間後の残留量を表示している。例えば、24時間後の19.1重量%は、24時間解重合反応後の総CFRP中のエポキシ樹脂の重量%が19.1重量%になったということである。一方、5時間後の0重量%は、5時間後に既にエポキシ樹脂の残留量が総CFRP中で0重量%であるということである。これは、24時間後に10重量%以上の相当量のエポキシ樹脂が残留する結果に比べて、顕著な差を示すものである。 * In the said table, content of the epoxy resin before the depolymerization reaction of CFPR was 19.4 weight% (weight% of the epoxy resin in total CFRP). The amount of residual epoxy indicates the amount after 24 hours or 5 hours based on this. For example, 19.1% by weight after 24 hours means that the weight% of epoxy resin in total CFRP after 24 hours of depolymerization reaction is 19.1% by weight. On the other hand, 0% by weight after 5 hours means that the residual amount of epoxy resin is already 0% by weight in the total CFRP after 5 hours. This shows a remarkable difference as compared with the result that a considerable amount of epoxy resin of 10% by weight or more remains after 24 hours.

**分解率は、前述したように次のようにして求めた。
分解率=[(CFRPの解重合反応前のエポキシ樹脂含有量−CFRPの解重合反応後のエポキシ樹脂含有量)/CFRPの解重合反応前のエポキシ樹脂含有量]×100
** The decomposition rate was determined as follows as described above.
Decomposition rate = [(Epoxy resin content before depolymerization reaction of CFRP-epoxy resin content after depolymerization reaction of CFRP) / epoxy resin content before depolymerization reaction of CFRP] × 100

図7は、本実験2における表4〜6の結果を反応系の誘電率によるエポキシ樹脂の分解率で示した結果である。   FIG. 7 shows the results of Tables 4 to 6 in the present Experiment 2 as the decomposition rate of the epoxy resin according to the dielectric constant of the reaction system.

同図から分かるように、誘電率が65以上のときに解重合効率の勾配が急激に増加することが分かる。一方、水単独の場合は、24時間ではなく5時間内に分解率100を達成し、有機溶媒との混合の場合に比べて、水単独の使用時に分解率が飛躍的に増加することを示した。   As can be seen from the figure, when the dielectric constant is 65 or more, it can be seen that the gradient of the depolymerization efficiency sharply increases. On the other hand, in the case of water alone, a decomposition rate of 100 was achieved in 5 hours instead of 24 hours, and it was shown that the decomposition rate was dramatically increased when using water alone as compared with the case of mixing with an organic solvent. The

[実験3]
本実験では、実施例1においてCFRPに用いられた炭素繊維とKMnOを用いて解重合して回収された炭素繊維のX線光電子分光(XPS)分析を行った。
[Experiment 3]
In this experiment, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of carbon fiber recovered by depolymerization using carbon fiber used for CFRP and KMnO 4 in Example 1 was performed.

図8Aは、本実験3においてCFRPに用いられた炭素繊維(CFと表示)のX線光電子分光(XPS)結果を示すグラフである。   FIG. 8A is a graph showing the results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of a carbon fiber (denoted as CF) used for CFRP in this Experiment 3.

図8Bは、本実験3においてKMnOを用いて解重合して回収された炭素繊維のX線光電子分光(XPS)結果を示すグラフである。 FIG. 8B is a graph showing the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results of the carbon fiber recovered by depolymerization using KMnO 4 in Experiment 3.

図8Cは、本実験3においてCFRPに用いられた炭素繊維(CFと表示)及びKMnOを用いて解重合して回収された炭素繊維(R−CFと表示)のXPS元素含量結果を示す図である。 FIG. 8C is a graph showing XPS elemental content results of carbon fibers (indicated as CF) used for CFRP in the present Experiment 3 and carbon fibers (indicated as R-CF) recovered by depolymerization using KMnO 4 . It is.

図8A〜図8Cから分かるように、過マンガン酸カリウムを用いて回収されたR−CFでは、遷移金属塩の残留物であるMn元素が2.1%以下に検出されることを確認することができる。   As can be seen from FIGS. 8A to 8C, in R-CF recovered using potassium permanganate, it is confirmed that the Mn element, which is the residue of the transition metal salt, is detected at 2.1% or less. Can.

以上から分かるように、本発明の具現例による解重合用組成物において遷移金属を含む遷移金属塩または遷移金属酸化物と共に用いられる反応溶媒は水単独が特に好ましいことが分かる。水を含み、その他の溶媒を混合する場合には、混合溶媒の誘電率が少なくとも65以上で分解率の急激な増加が現れることを示し、誘電率が高くなって水単独を用いる場合は、反応時間自体が顕著に減りながら飛躍的な反応効率の上昇を示した。   As can be seen from the above, it is understood that water alone is particularly preferable as the reaction solvent used together with the transition metal salt or transition metal oxide containing a transition metal in the composition for depolymerization according to the embodiment of the present invention. In the case of mixing other solvents including water, it shows that the dielectric constant of the mixed solvent shows a sharp increase in decomposition rate at least 65 or more, and when the dielectric constant becomes high and water is used alone, the reaction is While the time itself decreased significantly, it showed a dramatic increase in reaction efficiency.

Claims (21)

エポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物であって、
遷移金属元素を含む遷移金属塩または遷移金属酸化物及び反応溶媒を含み、
前記反応溶媒は、遷移金属を媒介にしたエポキシ樹脂硬化物の化学結合の酸化反応が生じ得る反応溶媒であることを特徴とするエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物。
It is a composition for depolymerization of a cured epoxy resin product,
A transition metal salt or transition metal oxide containing a transition metal element and a reaction solvent,
The composition for depolymerizing epoxy resin cured product characterized in that the reaction solvent is a reaction solvent capable of causing an oxidation reaction of a chemical bond of the epoxy resin cured product mediated by transition metal.
前記化学結合は、炭素−炭素結合であることを特徴とする請求項1に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物。   The composition for depolymerization of a cured epoxy resin according to claim 1, wherein the chemical bond is a carbon-carbon bond. 前記反応溶媒は、遷移金属塩が解離され得る反応溶媒であることを特徴とする請求項1または2に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物。   The said reaction solvent is a reaction solvent in which a transition metal salt can be dissociated, The composition for depolymerization of the epoxy resin hardened | cured material of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. 前記反応溶媒は、誘電率が65以上、または70以上、または75以上、または80以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物。   The said reaction solvent has a dielectric constant of 65 or more, 70 or more, 75 or more, or 80 or more, for depolymerization of the epoxy resin cured product according to any one of claims 1 to 3. Composition. 前記反応溶媒は、HOを含み、誘電率が65以上、または70以上、または75以上、または80以上のHO基盤反応溶媒であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物。 The reaction solvent includes H 2 O, any one of the preceding claims, characterized in that the dielectric constant is 65 or more, or 70 or more, or 75 or more, or 80 or more H 2 O based reaction solvent The composition for depolymerization of the epoxy resin hardened | cured material as described in 1 item. 前記HOは、液相、気相、または超臨界状態であることを特徴とする請求項5に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物。 The composition according to claim 5, wherein the H 2 O is in a liquid phase, a gas phase, or a supercritical state. 前記反応溶媒は、水単独であることを特徴とする請求項5に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物。   The composition for depolymerizing a cured epoxy resin product according to claim 5, wherein the reaction solvent is water alone. 前記組成物は、pH1〜14または3〜12を示すことを特徴とする請求項7に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物。   The composition according to claim 7, wherein the composition exhibits a pH of 1 to 14 or 3 to 12. 前記遷移金属は、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hgからなる群より選ばれる一種以上であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物。   The transition metal includes Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W It is 1 or more types chosen from the group which consists of, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, The composition for depolymerization of the epoxy resin hardened | cured material as described in any one of Claims 1-8 characterized by the above-mentioned. . 前記遷移金属塩または遷移金属酸化物は、KMnO、MnO、KMnO、MnSO、CrO、NaCr、KCr、ZnCr、HCrO、Pyridinium Chlorochromate(クロロクロム酸ピリジニウム)、Pyridinium Dichromate(二クロム酸ピリジニウム)、V、RuCl、RuO、Tetrapropylammonium Perruthenate(過ルテニウム酸テトラプロピルアンモニウム)、MoO、K[Fe(CN)]、FeCl、Fe(NO Nonahydrate(九水和物)、MeReO、CuCl、Cu(ClO、Cu(HCONi(HCO、Cu(OAc)、OsO、(NHCe(NOからなる群より選ばれる一種以上であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物。 The transition metal salt or transition metal oxide may be KMnO 4 , MnO 2 , K 2 MnO 4 , MnSO 4 , MnSO 4 , CrO 3 , Na 2 Cr 2 O 7 , K 2 Cr 2 O 7 , ZnCr 2 O 7 , H 2 CrO 4 , Pyridinium Chlorochromate (pyridinium chlorochromate), Pyridinium Dichromate (pyridinium dichromate), V 2 O 5 , RuCl 3 , RuO 2 , Tetrapropylammonium Perruthenate (tetrapropylammonium perruthenate), MoO 3 , K 3 [Fe (Fe CN) 6], FeCl 3, Fe (NO 3) 3 nonahydrate ( nonahydrate), MeReO 3, CuCl, Cu (ClO 4) 2, Cu (HCO 2) 2 Ni (HCO 2 10. One or more members selected from the group consisting of 2 ), Cu (OAc) 2 , OsO 4 and (NH 4 ) 2 Ce (NO 3 ) 6, according to any one of claims 1 to 9. Composition for depolymerization of epoxy resin cured product. 前記遷移金属塩または遷移金属酸化物は、組成物全体に対して0.001〜99重量%の範囲で含有されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物。   The epoxy resin according to any one of claims 1 to 10, wherein the transition metal salt or transition metal oxide is contained in a range of 0.001 to 99% by weight with respect to the whole composition. Composition for depolymerization of cured product. エポキシ樹脂硬化物の解重合方法であって、
請求項1〜11のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物を用いてエポキシ樹脂硬化物を解重合することを特徴とするエポキシ樹脂硬化物の解重合方法。
A method for depolymerizing a cured epoxy resin product, comprising
A method for depolymerizing a cured epoxy resin product comprising depolymerizing the cured epoxy resin product using the composition for depolymerizing the cured epoxy resin product according to any one of claims 1 to 11.
反応温度は、20〜200℃または20〜100℃であることを特徴とする請求項12に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合方法。   The method according to claim 12, wherein the reaction temperature is 20 to 200 ° C or 20 to 100 ° C. 解重合用組成物100重量部を基準にしたとき、エポキシ樹脂硬化物を1〜90重量部の範囲で用いることを特徴とする請求項12または13に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合方法。   The epoxy resin cured product is used in a range of 1 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of the composition for depolymerization, The method for depolymerizing the epoxy resin cured product according to claim 12 or 13. 前記方法は、エポキシ樹脂硬化物を解重合した後に残留した反応溶媒に新たなエポキシ樹脂硬化物を加えて解重合過程を繰り返すことを特徴とする請求項12〜14のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合方法。   The method according to any one of claims 12 to 14, wherein a new epoxy resin cured product is added to the reaction solvent remaining after depolymerizing the epoxy resin cured product, and the depolymerization process is repeated. Depolymerization method of epoxy resin cured product. 前記方法は、エポキシ樹脂硬化物を解重合反応に供する前に、エポキシ樹脂硬化物の反応表面積を増大させるための表面処理を施すことを特徴とする請求項12〜15のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合方法。   The method according to any one of claims 12 to 15, wherein the surface treatment is carried out to increase the reaction surface area of the cured epoxy resin before the cured epoxy resin is subjected to a depolymerization reaction. Depolymerization method of epoxy resin cured product. 前記表面処理として、物理的表面処理と化学的表面処理とのいずれか一方または並行して両方を実施することを特徴とする請求項16に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合方法。   The method for depolymerizing a cured epoxy resin product according to claim 16, wherein as the surface treatment, physical surface treatment and / or chemical surface treatment are both carried out in parallel. 前記物理的表面処理は、乾式粉砕方法及び湿式粉砕方法から選ばれた一つ以上であることを特徴とする請求項17に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合方法。   The method of depolymerizing the cured epoxy resin product according to claim 17, wherein the physical surface treatment is one or more selected from a dry grinding method and a wet grinding method. 前記化学的表面処理は、pH7未満の酸性組成物にエポキシ樹脂硬化物を含浸させることを特徴とする請求項17に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合方法。   The method for depolymerizing a cured epoxy resin according to claim 17, wherein the chemical surface treatment comprises impregnating the acidic composition having a pH of less than 7 with the cured epoxy resin. 解重合後に得られたフィラーに遷移金属が残留することを特徴とする請求項12〜19のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合方法。   The transition metal remains in the filler obtained after depolymerization, The depolymerization method of the epoxy resin hardened material as described in any one of Claims 12-19 characterized by the above-mentioned. エポキシ樹脂硬化物からフィラーを分離する方法であって、
請求項1〜11のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂硬化物の解重合用組成物を用いてエポキシ樹脂硬化物を解重合する段階;及び
前記解重合の生成物からフィラーを収得する段階;
を含むことを特徴とするエポキシ樹脂硬化物からフィラーを分離する方法。
A method of separating a filler from an epoxy resin cured product, comprising
A step of depolymerizing a cured epoxy resin using the composition for depolymerizing a cured epoxy resin according to any one of claims 1 to 11; and obtaining a filler from a product of the depolymerization;
A method of separating a filler from an epoxy resin cured product, comprising:
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