KR102363839B1 - 폴리머 매트릭스 복합체의 재활용 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반적으로 폴리머 매트릭스 복합체의 재활용에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 열경화성 폴리머 매트릭스 내에 보강 물질을 포함하는 폴리머 매트릭스 복합체로부터 보강 물질을 분리하는 방법에 관한 것이다.

Description

폴리머 매트릭스 복합체의 재활용
본 발명은 일반적으로 폴리머 매트릭스 복합체의 재활용에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 열경화성 폴리머 매트릭스 내에 보강 물질(reinforcement material)를 포함하는 폴리머 매트릭스 복합체로부터 보강 물질을 분리하는 방법에 관한 것이다.
천연 자원의 고갈에 대한 우려가 증가함에 따라 소비재와 산업 폐기물의 재활용을 위한 프로그램을 시작하기 위해 공동 노력이 진행되고 있다.
많은 폴리머 기반 제품을 재활용하기 위한 기술이 개발되었지만, 주로 비-복합 열가소성 폴리머 제품에 국한되어 왔다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 특히 폐 청량 음료 병 형태를 재활용하기 위한 광범위한 프로그램이 현재 존재하고 있다.
폴리머 매트릭스 복합체는 개선된 특성을 나타내는 폴리머 제품을 필요로 하는 용도로 현대 사회에 널리 사용된다.
폴리머 매트릭스 복합체는 섬유(fibre), 직물(fabric) 및/또는 입자와 같은 폴리머 매트릭스 보강 물질 내에 혼입함으로써 이러한 개선된 특성을 제공한다.
개선된 특성을 제공하면서, 폴리머 매트릭스 복합체 내의 보강 물질의 제공은 많은 재활용 문제를 제시한다. 폴리머 매트릭스 복합체 재활용 공정의 일부로서, 종종 폴리머 매트릭스로부터 보강 물질을 분리하는 것이 바람직하다. 폴리머 매트릭스 복합체가 열가소성 폴리머 매트릭스를 갖는 경우, 폴리머 매트릭스의 열가소성 특성을 이용함으로써 보강 물질의 분리가 달성될 수 있다. 예를 들어, 열가소성 폴리머 매트릭스는 열 및/또는 적절한 용매를 사용하여 액화될 수 있다. 액화되면, 보강 물질은 액체(액화된 열가소성 폴리머 매트릭스)로부터 고체(보강 물질)를 분리하기 위해 공지된 기술을 사용하여 분리될 수 있다. 열가소성 폴리머 매트릭스 복합체는 단순히 재활용 형태로서 새로운 제품으로 재생될 수 있다.
그러나, 폴리머 매트릭스 복합체가 열경화성 폴리머 매트릭스(thermoset polymer matrix)를 갖는 경우, 열경화성 폴리머 매트릭스로부터 보강 물질의 분리가 상당히 까다롭다. 특히, 열경화성 폴리머 매트릭스는 열 적용시 용융되어 가공될 수 없거나 종래 용매에 의해 쉽게 용매화(solvate)된다.
그럼에도 불구하고, 열경화성 폴리머 매트릭스를 갖는 폴리머 매트릭스 복합체에서 성분(component)의 적어도 일부를 재활용하려는 시도에서 다수의 기술이 개발되었다.
예를 들어, 보강 물질을 회수하기 위해 열경화성 폴리머 매트릭스 복합체가 열분해(pyrolysis)되어 유기 폴리머 매트릭스는 사실상 연소되어 보강 물질이 남게 된다. 폴리머 매트릭스 복합체로부터 보강 물질을 분리하는데 성공적이지만, 이러한 열분해 기술은 열적으로 안정한 보강 물질을 갖는 복합체로 제한된다. 이러한 기술은 또한 회수된 보강 물질의 표면 상에 바람직하지 않은 탄소 물질의 층(char layer)을 남기기 쉽다. 또한, 회수된 보강 물질의 기계적 특성이 어떠한 경우에는 이용된 고온에 의해 때때로 악영향을 받을 수 있다.
또 다른 예는 소위 "크랙킹제(cracking agent)"를 사용하는데, 이는 열경화성 폴리머 매트릭스 전체에 걸쳐 미세-균열을 전파하도록 작용하고 이에 의해 작은 입자로 매트릭스를 파쇄시키는 것을 용이하게 한다. 이러한 방식으로 폴리머 매트릭스가 파쇄되면 폴리머 매트릭스가 보강 물질로부터 분리될 수 있다. 그러나, 이러한 기술은 보강 물질의 크기(dimension)가 파쇄된 폴리머 매트릭스의 크기에 근접함에 따라(즉, 유사한 크기의 보강 물질을 분리하는 것이 더 어려울 수 있기 때문에) 덜 효과적이게 된다. 또한, 적어도 공정 동역학으로 인해, 이러한 기술은 상업적 규모의 용도에 적합하지 않다.
따라서, 당해 분야에 공지된 기술과 관련된 하나 이상의 문제를 처리하거나 적어도 이러한 기술에 대한 실행 가능한 대안을 제공하는 열경화성 매트릭스를 갖는 폴리머 매트릭스 복합체의 성분을 재활용하기 위한 기술을 개발할 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 열경화성 폴리머 매트릭스 내에서 보강 물질을 포함하는 폴리머 매트릭스 복합체로부터 상기 보강 물질을 분리하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 (i) 상기 폴리머 매트릭스 복합체 및 (ii) 페놀 화합물 및 산성 또는 염기성 촉매를 포함하는 재생 조성물(reclaim composition)을 접촉시키는 단계를 포함하고, 싱기 재생 조성물로 접촉시키는 것을 통해 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 (a) 사슬 절단을 통해 분해(degrade)되고 상기 재생 조성물 내에서 용해되며, (b) 결과적으로 상기 재생 조성물로 상기 보강 물질을 방출한다.
본 발명은 또한 열경화성 폴리머 매트릭스 내에 보강 물질을 포함하는 폴리머 매트릭스 복합체로부터 상기 보강 물질을 분리하기 위한 재생 조성물의 용도를 제공하며, 상기 재생 조성물은 페놀 화합물 및 산성 또는 염기성 촉매를 포함한다.
본 발명은 또한 열경화성 폴리머 매트릭스 내에 보강 물질을 포함하는 폴리머 매트릭스 복합체로부터 상기 보강 물질을 분리하기 위해 사용되는 재생 조성물을 제공하고, 상기 재생 조성물은 페놀 화합물 및 산성 또는 염기성 촉매를 포함한다.
일 실시 형태에서, 상기 재생 조성물의 용도는 상기 재생 조성물 및 상기 폴리머 매트릭스 복합체를 접촉시키는 단계를 포함한다.
열경화성 폴리머 매트릭스 내의 보강 물질을 포함하는 폴리머 매트릭스 복합체가 놀랍게도 상기 재생 조성물을 사용하여 비교적 온화한 조건 하에서 분해되어 상기 열경화성 폴리머 매트릭스로부터 상기 보강 물질의 분리를 효과적이고 효율적으로 가능하게 한다는 것이 밝혀졌다.
본 발명에 따른 방법은 유리하게 특정 조건 하에서 분해되도록 전략적으로 고안된 특수 열경화성 폴리머 매트릭스를 포함하는 공급 원료 폴리머 매트릭스 복합체로서 사용하는 것에 국한되지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 방법은 통상적인 시판 열경화성 폴리머 매트릭스를 포함하는 공급 원료 폴리머 매트릭스 복합체로서 유리하게 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 페놀 화합물 및 산성 또는 염기성 촉매를 포함하는 상기 재생 조성물은 사슬 절단(chain scission)을 통해 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해를 촉진한다. "사슬 절단"은 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분자 구조를 구성하는 공유 결합이 끊어짐을 의미한다. 이러한 사슬 절단은 차례로 상기 열경화성 폴리머 매트릭스가 상기 재생 조성물에 용해되기에 충분히 낮은 분자량을 갖는 이의 잔류물을 생성하도록 분해되게 한다. 결과적으로 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 이러한 분해물이 방출되고 이에 의해 상기 폴리머 매트릭스 복합체로부터 상기 보강 물질을 분리한다.
상기 분리된 보강 물질은 여과 또는 원심 분리와 같은 공지된 분리 기술을 이용하여 상기 재생 조성물로부터 용이하게 분리될 수 있다.
상기 분리된 보강 물질은 바람직하게 폴리머 및 다른 오염물이 실질적으로 존재하지 않는다는 점에서 매우 "깨끗한(clean)" 상태로 제공될 수 있다. 특히, 방법의 비교적 온화한 조건으로 인해, 상기 보강 물질은 원래의 보강 물질(즉, 상기 폴리머 매트릭스 복합체에 사용되기 전에 보강 물질)의 물리적 및 기계적 특성을 실질적으로 유지하면서 상기 폴리머 매트릭스 복합체로부터 분리될 수 있다. 따라서, 상기 분리된 보강 물질은 특히 새로운 용도로 재활용되는데 적합하다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법에 따른 폴리머 매트릭스 복합체로부터 분리된 보강 물질을 제공한다.
본 발명은 또한 유리하게는 상기 폴리머 매트릭스 복합체의 분해된 열경화성 폴리머 성분의 재활용을 가능하게 한다. 상기 방법에 따르면, 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 분해되고, 상기 재생 조성물 내에서 용해된다. 상기 용해되고 분해된 열경화성 폴리머 매트릭스는 비교적 저분자량 종(species)의 형태일 것이고, 증류 또는 용매 추출과 같은 기술을 이용하여 상기 재생 조성물로부터 용이하게 분리될 수 있다. 상기 폴리머 매트릭스 복합체의 분리되고 분해된 폴리머 성분은 새로운 용도로 재활용될 수 있다. 대안으로, 상기 폴리머 매트릭스 복합체의 분해된 열경화성 폴리머 성분을 포함하는 상기 재생 조성물 자체는 새로운 용도로 재활용될 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 제공되는 또 다른 이점은 상업적 규모에서의 작동에 특히 적합하다는 것이다.
본 발명의 다른 양태 및 실시 형태는 하기에서 서술한다.
본 발명에 따른 방법은 열경화성 폴리머 매트릭스 내에서 보강 물질을 포함하는 폴리머 매트릭스 복합체로부터 상기 보강 물질을 분리하기 위한 것이다.
"폴리머 매트릭스 복합체(polymer matrix composite)"라는 표현은 상기 폴리머 매트릭스에서 본질적으로 불용성인 하나 이상의 보강 물질을 이의 폴리머 매트릭스 내에 포함하는 폴리머를 의미하는 것으로 의되된다.
"보강 물질(reinforcement material)"이라는 표현은 상기 폴리머 매트릭스의 특성을 변경(modify)하는 역할을 하는 폴리머 매트릭스 내에 포함된 물질을 의미하는 것으로 의도된다. 상기 보강 물질은 상기 폴리머 매트릭스에 실질적으로 불용성이며, 다양한 방법으로 상기 폴리머 매트릭스의 물리적 및/또는 화학적 특성을 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 보강 물질은 상기 폴리머 매트릭스의 온도 또는 내충격성을 강화, 보강, 경화 및/또는 증가시킬 수 있다. 상기 보강 물질은 다양한 물리적 형태, 예를 들어 섬유, 직물 및/또는 입자의 형태로 제공될 수 있다. 상기 보강 물질은 나노-물질(즉, 100 nm 이하의 적어도 하나의 크기를 갖는 물질)의 형태일 수 있다. 상기 보강 물질은 또한 다양한 화학적 형태로 제공될 수 있고, 예를 들어 무기물, 유기물, 금속, 점토 또는 세라믹일 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 폴리머 매트릭스 복합체는 보강 물질이 구비되는 열경화성 폴리머 매트릭스를 갖는다.
"열경화성 폴리머 매트릭스(thermoset polymer matrix)"라는 표현은 3차원 네트워크 구조를 형성하는 가교-결합된 폴리머 매트릭스를 의미하는 것으로 의도된다. 열가소성 고분자 매트릭스와 달리 열경화성 고분자 매트릭스는 열을 가하면 녹지 않고 흐르지 않으며, 대신 충분히 높은 온도에서 분해된다.
상기 열경화성 폴리머는 상기 열경화성 폴리머 매트릭스를 위해 제공됨을 이해할 것이다.
상기 보강 물질이 "열경화성 폴리머 매트릭스 내"에 있거나 상기 열경화성 폴리머 매트릭스가 "보강 물질을 포함"하는 것은 상기 열경화성 폴리머 매트릭스 전체에 관련, 분산 또는 삽입되는 것을 의미하고, 이는 어떤 방법으로든 상기 열경화성 폴리머 매트릭스를 파괴하지 않고 상기 열경화성 폴리머 매트릭스로부터 간단히 분리될 수 없다.
열경화성 폴리머(열경화성 폴리머 매트릭스를 제공)의 예는 에폭시 수지, 멜라민 포름알데히드(melamine formaldehyde), 폴리에스테르 수지, 우레아 포름알데히드(urea formaldehyde), 비닐 에스테르, 페놀 수지, 시아네이트 에스테르(cyanate esters), 폴리이미드 및 말레이미드 수지를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시 형태에서, 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 에폭시 수지, 멜라민 포름알데히드, 폴리에스테르 수지, 우레아 포름알데히드, 비닐 에스테르, 페놀 수지, 시아네이트 에스테르, 폴리이미드, 말레이미드 수지 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
또 다른 실시 형태에서, 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 에폭시 수지로부터 선택된다.
일 실시 형태에서, 상기 보강 물질은 섬유, 직물, 입자 및 이들의 조합으로부터 선택된 형태이다.
상기 보강 물질이 입자 형태인 경우, 상기 입자는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 입자는 구형 또는 막대 형상을 가질 수 있다.
다른 실시 형태에서, 상기 보강 물질은 나노-물질의 형태이다.
또 다른 실시 형태에서, 상기 보강 물질은 섬유, 직물 및 이들의 조합으로부터 선택된 형태이다.
상기 보강 물질은 다양한 물질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 상기 보강 물질은 무기물, 유기물, 금속, 점토 또는 세라믹일 수 있다.
일 실시 형태에서, 상기 보강 물질은 세라믹, 점토, 금속, 금속 산화물, 금속 탄화물, 유리, 석영, 현무암(basalt), 탄소, 흑연, 붕소, 질화 붕소, 식물 물질(plant matter) 및 이들의 조합으로부터 선택된 조성물로 제조된다.
일 실시 형태에서, 탄소계 보강 물질은 탄소 섬유, 탄소 직물, 탄소 나노튜브, 그래핀 및 흑연으로부터 선택된다.
일 실시 형태에서, 붕소계 보강 물질은 붕소 또는 붕소 질화물 섬유와 나노 튜브로부터 선택된다.
일 실시 형태에서, 상기 보강 물질은 비-중합성 보강 물질이다.
추가의 실시 형태에서, 상기 보강 물질은 탄소 섬유, 탄소 직물, 유리 섬유, 유리 직물 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
본 발명에 따라 사용되는 폴리머 매트릭스 복합체는 보강 물질을 포함하는 열경화성 폴리머 매트릭스를 포함한다. 일반적으로, 상기 보강 물질은 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 적어도 일부에 걸쳐 분산될 것이다. 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 가교-결합된 구조로 인해, 상기 폴리머 매트릭스 복합체로부터 상기 보강 물질을 분리하는 것은 어렵다. 특히, 상기 폴리머 매트릭스의 열경화성(즉, 가교 결합됨) 특성은 단순히 상기 보강 물질로부터 용융되거나 용해되는 것을 방지한다.
놀랍게도, 비교적 온화한 공정 조건을 이용하여 이에서 보강 물질을 방출하기 위해 열경화성 폴리머 매트릭스가 효과적이고 효율적으로 분해될 수 있다는 것이 현재 밝혀졌다. 상기 보강 물질은 실질적으로 깨끗한 형태로 상기 폴리머 매트릭스 복합체로부터 분리될 수 있고, 비교적 온화한 공정 조건은 보강 물질이 이의 본래의 화학적 및 기계적 성질 전부는 아니더라도 대부분을 유지할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 방법은 상기 폴리머 매트릭스 복합체와 상기 재생 조성물을 접촉시키는 단계를 포함한다.
상기 재생 조성물은 페놀 화합물 및 산성 또는 염기성 촉매를 포함하고, 상기 보강 물질 및 상기 폴리머 매트릭스 복합체로부터 유래된 분해된 열경화성 폴리머 매트릭스 잔류물(residue)의 재생 또는 재활용을 용이하게 한다.
상기 폴리머 매트릭스 복합체와 상기 재생 조성물을 "접촉(into contact)"시키는 것은 재활용될 상기 폴리머 매트릭스 복합체가 상기 재생 조성물에 첨가되고, 상기 재생 조성물이 재활용될 상기 폴리머 매트릭스 복합체에 첨가되며, 또는 이런 작용들의 조합을 의미하고, 이에 따라 상기 재생 조성물은 상기 폴리머 매트릭스 복합체와 물리적으로 접촉되게 된다. 상기 폴리머 매트릭스 복합체와 상기 재생 조성물을 접촉시키는 작용은 일반적으로 반응 용기 내에서 관련된 성분들을 혼합(combine)함으로써 발생한다(하기에서 더욱 상세하게 설명됨). 상기 재생 조성물 및/또는 상기 폴리머 매트릭스 복합체의 성분은 이러한 반응 용기 내로 개별적으로 또는 함께 제공될 수 있다.
"페놀 화합물(phenolic compound)"은 방향족 고리(예를 들어, Ar-OH)에 직접 공유 결합된 수산기(OH)를 포함하는 화합물을 의미한다.
적절한 페놀 화합물의 예로는 페놀, 크레졸(cresol), 카테콜(catechol), 레조르시놀(resorcinol), 하이드로퀴논(hydroquinone), 히드록실벤조산(hydroxylbenzoic acids), 니트로페놀(nitrophenol), 니트로소페놀(nitrosophenol), 페놀 알데히드(phenolic aldehyde) 및 이들의 조합을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 페놀 화합물 이외에, 상기 재생 조성물은 산성 또는 염기성 촉매를 포함한다. 상기 촉매가 "산성" 또는 "염기성"인 것은 상기 재생 조성을 각각 산성(즉, pH <7) 또는 염기성(즉, pH> 7)으로 할 수 있는 화학적 구조를 갖는 것을 의미한다.
상기 재생 조성물은 상기 재생 조성물 내에 가용성인 각각의 산성 또는 염기성 촉매에 의해 산성 또는 염기성이 될 것이다. 상기 재생 조성물에 열을 가하는 것은 상기 재생 조성물에 산성 또는 염기성 촉매의 용해도를 촉진하는 것이 요구될 수 있다.
촉매의 산성 또는 염기성은 당업계에 공지된 기술에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 촉매의 산성 또는 염기성은 이의 pH를 측정함으로써 결정될 수 있다.
상기 재생 조성물을 산성 또는 염기성으로 제공하면, 사용되는 산성 또는 염기성 촉매의 종류는 특별히 제한되지 않는다.
적절한 산성 촉매의 예로는 염산, 아세트산, 젖산(lactic acid), 포름산, 프로피온산(propionic acid), 시트르산, 메탄 술폰산, 톨루엔 술폰산, 황산, 벤조산(benzoic), 프탈산 또는 이들의 조합을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
적절한 염기성 촉매의 예는 알칼리 금속과 알칼리 토금속의 수산화물 또는 탄산염, 암모니아, 수산화 암모늄, 탄산 암모늄, 아닐린(analine) 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
이론에 의해 제한되기를 바라지 않고, 상기 산성 또는 염기성 촉매는 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해를 촉진하는 화학적 반응을 용이하게 하는 것으로 여겨진다.
상기 재생 조성물은 일반적으로 상기 재생 조성물의 총 중량에 대해 1-99 중량%의 페놀 화합물 및 1-50 중량%의 산성 또는 염기성 촉매를 포함할 것이다.
상기 재생 조성물은 또한 하나 이상의 다른 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 재생 조성물은 유기 용매(예를 들어, 톨루엔, 자일렌, 알콜), 물 또는 이들의 조합과 같은 용매를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 상기 사용된 용매는 물이다.
일 실시 형태에서, 페놀 화합물은 상기 재생 조성물에 20-99 중량%, 또는 30-90 중량%, 또는 40-90 중량%, 또는 50-90 중량%, 60-85 중량%, 또는 60-75 중량% 범위의 양으로 존재한다.
일 실시 형태에서, 산성 또는 염기성 촉매는 상기 재생 조성물에 5-80 중량%, 또는 5-60 중량%, 또는 10-60 중량%, 또는 15-60 중량%, 20-50 중량%, 또는 25-40 중량% 범위의 양으로 존재한다.
일 실시 형태에서, 상기 재생 조성물은 1-50 중량%, 또는 1-40 중량%, 또는 1-30 중량%, 또는 1-25 중량%, 1-20 중량%, 또는 1-15 중량% 범위의 양으로 용매를 포함한다.
상기 페놀 화합물 및 상기 산성 또는 염기성 촉매는 상기 재생 조성물의 100 중량%를 차지하지 않는 경우, 100 중량%까지 나머지 중량%는 일반적으로 용매로 구성된다.
상기 폴리머 매트릭스 복합체와 상기 재생 조성물 사이의 접촉을 최대화하고 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해를 촉진하기 위해, 상기 재생 조성물은 일반적으로 액체 형태일 것이다.
일 실시 형태에서 상기 재생 조성물은 액체 재생 조성물이다.
상기 재생 조성물을 형성하는 하나 이상의 성분이 상온에서 고체인 경우, 그 성분은 존재하는 성분을 하나 이상의 다른 액체 용매에 용해함으로써 액화될 수 있고 및/또는 열은 상기 고체 성분을 액체 형태로 변환하도록 상기 조성물에 적용될 수 있다.
본 발명의 공정을 수행할 때, 상기 폴리머 매트릭스 조성물과 상기 재생 조성물 사이의 접촉은 일반적으로 반응 용기 내에서 일어날 것이다.
적절한 반응 용기는 상기 재생 조성물의 성분과 실질적으로 비-반응성이 되도록 선택될 것이다. 예를 들어, 상기 반응 용기는 상기 재생 조성물을 함유하기 위한 내부 유리 라이닝(glass lining)을 갖는 강철로 제조될 수 있다. 대안으로, 상기 반응 용기는 Hastelloy 256 또는 Carpenter 20과 같은 내부식성 합금으로 제조될 수 있다.
상기 폴리머 매트릭스 복합체와 상기 재생 조성물 사이의 접촉을 촉진하기 위해, 상기 반응 용기 내에서 이들 성분을 교반 또는 혼합하는 것이 바람직할 수 있다.
따라서 상기 폴리머 매트릭스 복합체와 상기 재생 조성물을 함유하는 반응 용기는 교반된 반응 용기의 형태로 제공될 수 있다.
상기 반응 용기는 하나 이상의 기계식 교반기, 예를 들어 앵커(anchor) 또는 "H" 교반기를 포함할 수 있다.
상기 반응 용기는 일반적으로 상기 재생 조성물, 상기 폴리머 매트릭스 복합체 및 이로부터 유래된 잔류물을 제공 또는 회수하기 위한 하나 이상의 개구(opening)를 포함할 것이다.
상기 반응 용기의 바닥부는 편평한 표면으로 제공될 수 있거나 뒤집힌 원뿔대(truncated cone) 형태일 수 있다.
상기 반응 용기의 부피는 수행될 공정의 규모에 기초하여 선택될 것이다. 바람직하게, 본 발명에 따른 공정은 작거나 큰 규모로 용이하게 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응 용기는 50 리터 내지 15,000 리터 범위의 부피를 갖도록 선택될 수 있다.
상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해를 향상시키기 위해, 상기 폴리머 매트릭스 복합체의 최대 표면적을 상기 재생 조성물에 노출시키는 것이 일반적으로 바람직할 것이다. 상기 폴리머 매트릭스 복합체는 다양한 형상 및 크기로 존재할 수 있으므로, 상기 재생 조성물과 접촉되기 전에 분쇄(comminute)될 필요가 있다. 다시 말하면, 상기 보강 물질의 성질 및 분리된 보강 물질이 적용될 의도된 적용에 따라, 상기 폴리머 매트릭스 복합체와 상기 재생 조성물과의 분쇄 및 최대화한 접촉 표면적 사이의 균형을 고려할 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 보강 물질이 섬유이고 분리된 섬유에 대한 의도된 적용이 섬유 길이가 최대화될 것을 요구하는 경우, 바람직한 섬유 길이를 손상시키는 정도로 폴리머 매트릭스 복합체를 분쇄하는 것은 적절하지 않을 수 있다.
상기 폴리머 매트릭스 복합체는 상기 재생 조성물에 부분적으로 또는 완전히 잠길(submerge) 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 상기 폴리머 매트릭스 복합체를 크거나 작은 조각으로 바람직하게 수용할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머 매트릭스 복합체는 분말의 형태일 수 있거나 대안으로 100 cm 이상의 크기로 존재할 수 있다.
본 발명에 따라 사용될 상기 폴리머 매트릭스 복합체가 분쇄를 필요로 하는 경우, 이는 당업계의 공지된 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 폴리머 매트릭스 복합체는 분쇄기(shredder), 해머 밀(hammer mill), 그라인드(grinder) 또는 조립기(granulator)를 사용하여 분쇄될 수 있다.
상기 폴리머 매트릭스 복합체의 성질(예를 들어, 물리적 형태 및 화학적 조성물) 및 상기 재생 조성물의 성질(예를 들어, 화학적 조성물)에 따라, 허용 가능한 시간 프레임에서 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 바람직한 정도의 분해를 적어도 촉진시키기 위해 상기 폴리머 매트릭스 복합체와 접촉하는 상기 재생 조성물에 열을 제공하는 것이 필요할 수 있다.
일 실시 형태에서, 상기 방법은 상기 폴리머 매트릭스 복합체와 접촉하는 상기 재생 조성물에 열을 제공하는 단계를 포함한다.
이런 경우에, 본 발명은 열경화성 폴리머 매트릭스 내에 보강 물질을 포함하는 폴리머 매트릭스 복합체로부터 상기 보강 물질을 분리하는 방법을 제공하고, 상기 방법은:
(a) (i) 폴리머 매트릭스 복합체, 및 (ii) 페놀 화합물 및 산성 또는 염기성 촉매를 포함하는 재생 조성물을 접촉시키는 단계; 및
(b) 상기 재생 조성물에 열을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 재생 조성물과의 접촉을 통해 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 (a) 사슬 절단을 통해 분해되며 상기 재생 조성물 내에 용해되고, (b) 결과적으로 상기 재생 조성물로 상기 보강 물질을 방출한다.
상기 재생 조성물에 열을 제공하는 것은 (i) 고체 형태로 존재할 때 이의 하나 이상의 성분을 액체 형태로 변환시켜 상기 폴리머 매트릭스 복합체와 상기 재생 조성물 사이의 접촉을 촉진하게 하고, 및/또는 (ii) 사슬 절단을 통해 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해 및 후속으로 상기 재생 조성물 내에서 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해된 잔류물의 용매화를 촉진한다.
본 발명은 또한 열경화성 폴리머 매트릭스 내에 보강 물질을 포함하는 폴리머 매트릭스 복합체로부터 상기 보강 물질을 분리하는 방법을 제공하고, 상기 방법은:
(a) (i) 상기 폴리머 매트릭스 복합체, 및 (ii) 페놀 화합물 및 산성 또는 염기성 촉매를 포함하는 재생 조성물을 접촉시키는 단계; 및
(b) 상기 재생 조성물에 열을 제공하는 단계를 포함하고,
(i) 상기 폴리머 매트릭스 복합체와 접촉하는 상기 재생 조성물이 액체 형태이며, (ii) 상기 액체 재생 조성물과의 접촉을 통해 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 (a) 사슬 절단을 통해 분해되고 상기 재생 조성물 내에서 용해되며, (b) 결과적으로 상기 재생 조성물로 상기 보강 물질을 방출한다.
일 실시 형태에서, 상기 재생 조성물은 적어도 30 ℃, 또는 적어도 40 ℃, 또는 적어도 50 ℃, 또는 적어도 60 ℃, 또는 적어도 70 ℃, 또는 적어도 80 ℃, 또는 90 ℃, 또는 적어도 100 ℃, 적어도 110 ℃, 또는 적어도 120 ℃, 적어도 130 ℃, 또는 적어도 140 ℃, 또는 적어도 150 ℃, 또는 적어도 160 ℃, 또는 적어도 170 ℃, 또는 적어도 180 ℃, 또는 적어도 190 ℃, 또는 적어도 200 ℃, 또는 적어도 210 ℃, 또는 적어도 220 ℃ 또는 적어도 230 ℃, 또는 적어도 240 ℃, 또는 적어도 250 ℃, 또는 적어도 260 ℃, 또는 적어도 270 ℃, 또는 적어도 280 ℃, 또는 적어도 290 ℃ , 또는 적어도 300 ℃, 또는 적어도 350 ℃의 온도로 가열된다.
추가의 실시 형태에서, 상기 재생 조성물은 약 30 ℃ 내지 약 350 ℃, 또는 약 70 ℃ 내지 약 350 ℃, 또는 약 100 ℃ 내지 약 350 ℃, 또는 약 150 ℃ 내지 약 350 ℃, 또는 약 200 ℃ 내지 약 350 ℃, 또는 약 250 ℃ 내지 약 350 ℃, 또는 약 30 ℃ 내지 약 200 ℃, 또는 약 50 ℃ 내지 200 ℃, 또는 약 70 ℃ 내지 약 200 ℃, 또는 약 80 ℃ 내지 약 200 ℃, 또는 약 90 ℃ 내지 약 200 ℃, 또는 약 100 ℃ 약 200 ℃의 온도 범위로 가열된다.
일 실시 형태에서, 상기 재생 조성물은 염기성 촉매를 포함하고, 약 250 ℃ 내지 약 350 ℃의 온도로 가열된다.
추가의 실시 형태에서, 상기 재생 조성물은 산성 촉매를 포함하고, 약 100 ℃ 내지 약 200 ℃의 온도로 가열된다.
상기 재생 조성물에 열을 제공하는 것은 당업계에 공지된 기술을 이용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 상기 열은 상기 재생 조성물이 함유된 가열된 반응 용기로부터 제공될 수 있다.
상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해를 촉진하기 위해, 증가된 압력 하(대기압에 비해)에서 공정을 수행하는 것이 바람직할 수도 있다.
일 실시 형태에서, 상기 방법은 상기 폴리머 매트릭스 복합체와 접촉하는 상기 재생 조성물에 압력을 제공하는 단계를 포함한다.
추가의 실시 형태에서, 상기 재생 조성물은 적어도 1 bar, 또는 적어도 2 bar, 또는 적어도 3 bar, 또는 적어도 5 bar, 또는 적어도 8 bar, 또는 적어도 10 bar, 또는 적어도 15 bar, 또는 적어도 20 bar, 또는 적어도 25 bar, 또는 적어도 30 bar, 또는 적어도 35 bar, 또는 적어도 40 bar, 또는 적어도 45 bar, 또는 적어도 50 bar, 또는 적어도 55 bar, 또는 적어도 60 bar의 압력에서 처리된다.
또 다른 실시 형태에서, 상기 재생 조성물은 약 1 bar 내지 약 60 bar, 또는 2 bar 내지 약 60 bar, 또는 약 5 bar 내지 약 60 bar, 또는 약 2 bar 내지 약 20 bar, 또는 5 bar 내지 약 20 bar, 또는 약 30 bar 내지 약 60 bar의 압력 범위에서 처리된다.
상기 재생 조성물을 증가된 압력으로 처리하는 것은 당업계에 공지된 기술을 이용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 압력 반응 용기에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 상기 재생 조성물과 접촉함으로써 분해된다. 이론에 의해 제한되는 것을 원하지 않고, 상기 재생 조성물은 상기 열경화성 폴리머 매트릭스를 팽윤시키고, 이에 의해 상기 열경화성 폴리머 매트릭스 내에서 상기 재생 조성물의 침투(ingress)를 돕는 것으로 여겨진다. 상기 재생 조성물은 상기 열경화성 폴리머 매트릭스 전체에 걸쳐 사슬 절단을 효과적으로 촉진할 수 있다. 이러한 사슬 절단은 차례로 상기 열경화성 폴리머 매트릭스가 상기 재생 조성물에서 용해되기에 충분히 낮은 분자량을 갖는 이의 잔류물을 생성하도록 분해되게 한다. 결과적으로, 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해는 상기 폴리머 매트릭스 복합체로부터 상기 보강 물질을 방출하여 분리시킨다.
상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해는 또한 탈수소화(dehydrogenation) 및/또는 가수 분해와 같은 다른 화학적 경로를 통해 발생할 수 있다.
상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 이러한 분해 경로는 상기 폴리머 매트릭스 복합체로부터 보강 물질을 분리하는데 사용되는 종래 열분해 및 "크랙킹(cracking)" 기술과 구별된다.
당해 기술 분야의 숙련자는 열경화성 폴리머가 용융할 수 없거나 용매에 불용성인 것이 주로 상기 폴리머 매트릭스를 형성하는 폴리머 사슬의 유동 또는 용매화 분해(solvolysis)를 방지하는 열경화성 폴리머 매트릭스의 가교-결합된 구조의 결과라는 것을 인지할 것이다. 본 발명의 방법에 따라 야기된 사슬 절단에 의해, 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 상기 재생 조성물 내에서 용매화될 수 있는 충분히 낮은 분자량의 분자 세그먼트(molecular segment)로 분열(fragment)된다. 따라서, 사슬 절단을 통해 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 상기 재생 조성물 내에서 용해된다.
상기 열경화성 폴리머 매트릭스가 분해되고 상기 재생 조성물 내에서 용해됨으로써, 상기 열경화성 폴리머 매트릭스 내의 보강 물질은 상기 재생 조성물 내로 방출되고, 결과적으로 상기 폴리머 매트릭스 복합체로부터 분리되게 된다.
따라서 본 발명에 따른 방법은 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 용해된 분자 조각(fragment) 및 분포되거나 분산된 보강 물질을 포함하는 재생 조성물을 제조한다.
상기 보강 물질은 통상적인 분리 기술을 이용하여 상기 재생 조성물로부터 유리하게 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 분리된 보강 물질은 여과 또는 원심 분리에 의해 상기 재생 조성물로부터 분리될 수 있다.
상기 열경화성 폴리머 매트릭스 및 분포되거나 분산된 보강 물질(즉, 재생 조성물 공정 생성물)의 용해된 분자 조각을 포함하는 재생 조성물은 분리된 보강 물질이 상기 재생 조성물로부터 분리되어야 하는 온도에서 고체인 경우, 상기 재생 조성물 공정 생성물은 가열될 수 있어, 액화하고 분리된 보강 물질의 분리를 용이하게 한다.
일 실시 형태에서, 상기 방법은 예를 들어 여과 또는 원심 분리에 의해 상기 재생 조성물로부터 상기 보강 물질을 분리하는 단계를 추가로 포함한다.
공정 동안 분해를 통해 형성된 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분자 조각의 조성은 상기 폴리머 매트릭스 복합체의 열경화성 폴리머 매트릭스의 형태에 따라 달라질 것이다. 이러한 분자 조각은 일반적으로 상기 열경화성 폴리머 매트릭스를 형성하는데 사용되는 단량체 성분을 반영하는 조성을 가질 것이다. 예를 들어, 상기 열경화성 폴리머 매트릭스가 페놀계 단량체를 사용하여 제조되는 경우, 공정 동안 형성된 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분자 조각은 페놀 조성을 가질 수 있다. 이러한 분해 생성물은 상기 재생 조성물에서 용해되지만, 상기 재생 조성물 자체의 일부를 나타내는 것은 아니다. 즉, 상기 재생 조성물 자체는 공정 초기 및 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해가 일어나기 전에 제공되고 사용되는 것으로 의도된다.
따라서, 본 발명에 따라 사용되는 상기 재생 조성물은 상기 열경화성 폴리머 매트릭스가 분해되기 전에 페놀 화합물 및 산성 또는 염기성 촉매를 포함할 것이다. 따라서 상기 재생 조성물 자체의 페놀 화합물 및 산성 또는 염기성 촉매는 본 발명의 공정 동안 위치에서 형성되지 않는다.
본 발명에 따른 방법은 배치식(batch wise) 또는 연속식으로 수행될 수 있다.
일 실시 형태에서, 방법이 배치식으로 수행된다. 이런 경우에, 본 발명은 열 경화성 폴리머 매트릭스 내에 보강 물질을 포함하는 폴리머 매트릭스 복합체로부터 상기 보강 물질을 분리하기 위한 배치식 방법을 제공하고, 상기 방법은 (i) 폴리머 매트릭스 복합체, 및 (ii) 페놀 화합물 및 산성 또는 염기성 촉매를 포함하는 재생 조성물을 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 재생 조성물과의 접촉을 통해 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 (a) 사슬 절단을 통해 분해되고 상기 재생 조성물 내에서 용해되며, (b) 결과적으로 상기 재생 조성물 내로 상기 보강 물질을 방출한다 .
당업자는 "배치식(batchwise)" 공정이 공정에서 사용되는 모든 출발 공급 원료 성분을 예를 들어 반응 용기로 혼합하는 것을 포함하는 것으로 이해할 것이고, 이들은 공정의 지속 기간 동안 남아있다. 대조적으로, "연속식" 공정은 공정 지속 기간 전체에 걸쳐, 예를 들어 반응 용기로 공정에 사용되는 공급 원료 성분을 제공하는 것을 포함한다. 이런 경우, 공정에서 제조된 생성물은 또한 공정 동안 예를 들어 반응 용기로부터 종종 제거된다.
상기 열경화성 폴리머 매트릭스가 상기 재생 조성물에 의해 분해되고 내에서 용매화됨에 따라, 상기 보강 물질은 폴리머 잔류물 및 다른 오염물이 실질적으로 없다는 점에서 매우 "깨끗한" 형태로 바람직하게 분리될 수 있다.
가장 주목할만하게, 본 발명에 따른 방법은 비교적 온화한 조건 하에서 상기 열경화성 폴리머 매트릭스를 분해하고, 결과적으로 상기 보강 물질은 원래의 보강 물질의 물리적 및 기계적 특성을 실질적으로 유지하면서 상기 폴리머 매트릭스 복합체로부터 분리될 수 있다. 따라서, 상기 분리된 보강 물질은 상기 보강 물질의 엄격한 특성을 요구하는 용도로 재활용될 수 있다.
필요할 경우, 상기 재생 조성물로부터 분리된 후, 상기 보강 물질은 세척, 건조 및/또는 다른 다운 스트림 처리 기술(down stream processing technique)에 처리될 수 있다.
본 발명의 공정으로부터 유래된 분리된 보강 물질은 새로운 폴리머 매트릭스 복합체 생성물의 제조에 사용하기 위해 재활용될 수 있다.
본 발명의 방법을 수행하면, 상기 재생 조성물은 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해된 잔류물을 포함할 것이다. 바람직하게, 상기 재생 조성물은 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해된 잔류물의 양이 공정을 역으로 방해하기, 예를 들어 공정을 느리게 할 때까지 본 발명의 공정에 계속 사용될 수 있다.
상기 재생 조성물에서 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해된 잔류물은 일반적으로 하나 이상의 작용기로 치환될 수 있거나 치환되지 않을 수 있는 비교적 저 분자량의 탄화수소의 혼합물의 형태일 것이다. 분해된 잔류물은 증류, 용매 추출 등과 같은 공지된 기술을 이용하여 상기 재생 조성물로부터 바람직하게 분리될 수 있다. 분해된 잔류물이 상기 재생 조성물로부터 분리되면, 상기 재생 조성물 및 상기 분해된 잔류물 모두는 재활용될 수 있다.
상기 "깨끗한" 재생 조성물은 바람직하게 본 발명에 따른 방법에서의 사용을 위해 재활용될 수 있다.
본 발명의 방법으로부터 유래된 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분리된 잔류물은 예를 들어 페놀-포름알데히드 접착제 조성물에 사용하기 위해 재활용될 수 있는 페놀 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시 형태에서, 상기 방법은 상기 재생 조성물로부터 상기 열경화성 폴리머 매트릭스의 분해된 잔류물을, 예를 들어 증류로 분리하는 단계를 추가로 포함한다.
대안으로, 상기 폴리머 매트릭스 복합체의 분해된 열경화성 폴리머 성분을 포함하는 상기 재생 조성물 자체는 새로운 용도로 재활용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법은 상기 폴리머 매트릭스 복합체의 재활용 가능성을 최대화할 뿐만 아니라, 실질적으로 자체 함유된 방식으로 수행될 수 있다. 또한 상기 방법은 상업적 규모로 수행하는데 적합하다.
본 발명은 이후 하기의 비-제한적인 실시예를 참조하여 설명될 것이다.
실시예들
실시예 1
열경화성 폴리이미드 매트릭스로 파쇄된 1kg의 탄소 섬유-강화 폴리머(CFRP)을 페놀(기술 등급 - 10 중량%의 물을 함유)과 1 kg의 수산화 나트륨(재생 조성물)의 혼합물 10 l로 스테인레스 압력 용기에서 교반 하 300 ℃에서 1 시간 동안 가열하였다. 30 bar의 압력이 관찰되었다. 냉각 후, 재생 조성물을 배출시키고, 생성된 분리된 매트화된 섬유를 가압하여 추가의 재생 조성물을 제거한 다음, 아세톤으로 반복 세척하고, 이어서 물로 헹궜다. 600 g의 섬유가 건조시 회수되었다. 분해된 열경화성 폴리머 매트릭스를 포함하는 재생 조성물은 합판 접착제의 제조를 위한 첨가제로서 직접 사용될 수 있다.
실시예 2
열경화성 폴리우레탄 매트릭스로 100 g의 파쇄된 CFRP를 90%의 페놀(기슬 등급 - 10 중량% 물을 함유함) 및 10%의 톨루엔술폰산(재생 조성물)의 혼합물의 2 l로 유리 플라스크에서 100 ℃로 5일 동안 가열하였다. 대기압에서 압력이 유지되었다. 분리된 섬유를 여과에 의해 재생 조성물로부터 제거하고 뜨거운 물로 세척하였다. 건조 후 58g의 섬유를 회수하였다.
실시예 3
100 g의 파쇄된 CFRP 열경화성 에폭시계 매트릭스를 250 ml의 페놀(기슬 등급 - 10 중량% 물을 함유함), 250 ml의 아닐린 및 50 g의 수산화 칼륨(재생 조성물)의 혼합물과 함께 스테인레스 압력 용기에서 325℃로 15분 동안 가열하였다. 60 bar의 압력이 관찰되었다. 냉각 후, 재생 조성물을 배출시키고, 생성된 분리된 매트화된 섬유를 가압하여 추가의 재생 조성물을 제거한 다음, 아세톤으로 반복 세척하고, 이어서 물로 헹궜다. 건조 후 61 g의 섬유를 회수하였다.
실시예 4
100 g의 파쇄된 CFRP 열경화성 비닐에스테르계 매트릭스를 250 ml의 페놀(기술 등급 - 10 중량% 물을 함유함) 및 250 ml의 메탄술폰산(재생 조성물)과 함께 스테인레스 압력 용기에서 150 ℃로 180분 동안 가열하였다. 4 bar의 압력이 관찰되었다. 냉각 후, 재생 조성물을 배출시키고, 생성된 분리된 매트화된 섬유를 가압하여 추가의 재생 조성물을 제거한 다음, 아세톤으로 반복 세척하고, 이어서 물로 헹궜다. 건조 후 59 g 섬유를 회수하였다.
실시예 5
25 g의 파쇄된 유리 직물/에폭시 회로 기판을 90/10 페놀(기슬 등급 - 10 중량% 물 함유)/TSA 혼합물 500 ml에서 95 ℃로 5일 동안 가열하였다. 압력은 대기압으로 유지되었다. 냉각 후, 분리된 섬유는 여과로 재생 조성물로부터 제거되었다. 여과 후, 아세톤으로 세척하고, 건조하여 19.5 g의 깨끗한 백색 유리 섬유를 회수하였다.
실시예 6
20 g의 Fiberite사 탄소 직물/에폭시 과다 처리된 프리프레그(prepreg)를 1.3 cm 스트립으로 절단하고, 200 ml의 레조르시놀 및 100ml의 TSA에서 140 ℃로 24시간 동안 가열하였다. 여과하고 아세톤으로 3회 세척한 후, 11.5 g의 깨끗한 탄소 섬유를 회수하였다.
실시예 7
10 g의 파쇄된 탄소/에폭시 로켓 모터 케이스를 90/10 레조르시놀/TSA 혼합물 100 g에서 150 ℃로 12시간 동안 가열하였다. 압력은 대기압으로 유지되었다. 냉각 후, 분리된 섬유는 여과에 의해 재생 조성물로부터 제거되었다. 여과, 아세톤으로 세척하고, 건조시킨 후, 6 g의 깨끗한 탄소 섬유를 회수하였다.
실시예 8
50 g의 파쇄된 탄소/에폭시 로켓 모터 케이스를 125 g의 페놀(기술 등급 - 10 중량% 물을 함유), 125 g의 레조르시놀, 125 g의 하이드로퀴논 및 50 g의 TSA의 혼합물에서 150 ℃로 14시간 동안 가열하였다. 압력은 대기압으로 유지되었다. 냉각 후, 분리된 섬유를 여과에 의해 재생 조성물로부터 제거하였다. 여과, 아세톤으로 세척 및 건조한 후, 31 g의 탄소 섬유를 여과하여 회수하였다.
본 명세서 및 후속하는 청구항 전반에 걸쳐, 문맥상 달리 요구하지 않는 한, "포함하다"라는 단어 및 "포함하는" 및 "포함하는"과 같은 변형은 명시된 정수 또는 단계, 또는 정수 또는 단계의 그룹을 포함하는 것을 암시하는 것으로 이해될 것이지만, 임의의 다른 정수 또는 단계, 또는 정수 또는 단계의 그룹을 제외하지는 않는다.
본 명세서에서 이전에 발행된 (또는 그로부터 유래된 정보) 또는 공지된 임의의 사항에 대한 언급은 인지 또는 승인 또는 그 이전의 발행물(또는 그로부터 유래된 정보)의 임의의 형태의 제안으로서 간주되어서는 안되며, 공지된 사항은 본 명세서와 관련된 노력의 분야에서 공통의 일반 지식의 부분을 형성한다.

Claims (15)

  1. 열경화성 폴리머 매트릭스 내에 보강 물질을 포함하는 폴리머 매트릭스 복합체로부터 상기 보강 물질을 분리하는 방법으로서, 상기 방법은 (i) 상기 폴리머 매트릭스 복합체 및 (ii) 페놀, 크레졸, 카테콜, 레조르시놀, 하이드로퀴논, 하이드록실벤조산, 니트로페놀, 니트로소페놀, 페놀알데히드 및 이들의 조합으로부터 선택되는 페놀 화합물, 및 메탄 술폰산, 톨루엔 술폰산 및 이들의 조합으로부터 선택되는 산성 촉매를 10 내지 60 중량%로 포함하는 재생 조성물을 접촉시키는 단계를 포함하고, 상기 재생 조성물은 30 ℃ 내지 200 ℃의 온도로 가열되며 1 bar 내지 20 bar의 압력 범위에서 처리되고, 상기 재생 조성물로 접촉시킴으로써 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 (a) 사슬 절단을 통해 분해되고 상기 재생 조성물 내에 용해되며, (b) 결과적으로 상기 재생 조성물로 상기 보강 물질을 방출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재생 조성물은 50 ℃ 내지 200 ℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 재생 조성물은 5 bar 내지 20 bar 범위의 압력으로 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 에폭시 수지, 멜라민 포름알데히드, 폴리에스테르 수지, 우레아 포름알데히드, 비닐 에스테르, 페놀 수지, 폴리우레탄, 시아네이트 에스테르, 폴리이미드 수지, 말레이미드 수지 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열경화성 폴리머 매트릭스는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보강 물질은 섬유, 직물, 입자 또는 이들의 조합의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보강 물질은 나노-물질의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 보강 물질은 세라믹, 점토, 금속, 금속 산화물, 금속 탄화물, 유리, 석영, 현무암, 탄소, 흑연, 붕소, 질화 붕소, 식물 물질 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 보강 물질은 탄소 섬유, 탄소 직물, 유리 섬유, 유리 직물 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 배치식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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