[发明专利]有机盐作为催化剂化学降解环氧树脂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机盐作为催化剂化学降解环氧树脂的方法。

背景技术

近年来，纤维增强复合材料的回收再利用越来越受到人们的重视。目前，填埋和焚烧是处理废旧材料和加工过程中产生的边角料的主要办法。如果能够把复合材料中的纤维和树脂回收并加以利用将大大提高经济性和减少对环境的破坏。然而，由于复合材料中的热固性树脂具有稳定化学的结构和高密度的交联网络，因此材料的回收是个巨大挑战。化学降解法能够提供该问题的解决办法。该方法是将热固性树脂降解为可溶解且可加工的小分子聚合物，再将该降解聚合物作为树脂应用在新的复合材料中。图1为化学降解热固性材料的原理示意图。首先，树脂在溶液中溶胀，同时催化剂进入到交联网络中；然后，化学键在催化剂的作用下断开。该技术的关键点是要开发出能够有效溶胀热固性树脂并断开内部化学键的催化体系。

早期的化学降解研究的往往使用强酸或强碱水溶液为催化体系降解树脂，其主要目的是回收复合材料中的纤维。使用的有害化学品会导致潜在的污染，造成对设备的腐蚀，还会使树脂降解为结构未知的小分子混合物，造成二次污染。近年来，一些相对温和的方法被发开出来，使得回收利用复合材料中的树脂成为可能。其中最典型的是利用包括氯化锌和氯化铝在内的无机盐作为催化剂断裂树脂中的化学键。温和的条件和高的降解效率使它们成为化学降解回收领域的有前景的方法。然而，无机盐大多具有含有强腐蚀性的阴离子（如：Cl-, NO^2-, or SO₄^2-），容易造成对设备的腐蚀。更糟糕的是，这些腐蚀性离子会残留在降解的树脂中难以除去，这大大限制了降解树脂的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种效果好的有机盐作为催化剂化学降解环氧树脂的方法。

本发明的技术解决方案是：

一种有机盐作为催化剂化学降解环氧树脂的方法，其特征是：是以有机盐溶液作为催化体系降解环氧树脂。

所述环氧树脂存在于纤维（玻璃纤维和碳纤维）、增强复合材料、环氧涂料或环氧胶黏剂中。

所述有机盐是由阳离子和阴离子组成；阳离子包括：Zn²⁺, Fe³⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Cu⁺, Cr³⁺, Cr²⁺, Mn²⁺, Mn³⁺, Co³⁺, Ni²⁺, Ni³⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺, Pb²⁺, Pb⁴⁺中的一种或几种；阴离子包括：醋酸根，甲酸根，丙酸根，辛酸根，草酸根和磺酸根离子中的一种或几种。

所述环氧树脂包括环氧-胺固化体系和环氧-酸酐固化体系。

降解反应中使用的溶剂为水、乙醇、甲醇、丙醇、丁醇、乙二醇、醋酸、丙酮或四氢呋喃。

化学降解反应温度范围为100-270℃，反应时间为1-15小时。

催化剂在溶液中的质量分数为5wt%-50wt%。

环氧树脂在溶液中的质量分数为5wt%-50wt%。

得到的降解树脂作为固化剂制备新的环氧材料。

得到的降解树脂作为固化剂制备新的聚氨酯材料。

本发明采用有机盐作为催化剂降解纤维增强复合材料中的环氧树脂。与强腐蚀性的无机盐相比，有机盐具有低腐蚀性且能够高效降解环氧树脂。此外，有机盐中的有机阴离子能够促进树脂在溶液中溶胀，有利于使阳离子进入的交联网络进而降解树脂中的化学键。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是化学降解热固性材料的原理图。

具体实施方式

（1）醋酸锌水溶液催化体系降解环氧-胺固化材料

降解反应在压力反应器中进行。将5g醋酸锌溶于20.0g水中。将所得溶液和4.0g环氧-胺固化物加入到压力反应器中。反应器温度升至预定温度反应5小时。反应结束后，反应器冷却至室温，过滤反应液。过滤液，即催化剂溶液，可以直接在下次反应中重复使用。过滤得到的固体物为降解聚合物。用水洗涤降解聚合物以除去残留催化剂，然后在80℃的真空烘箱中干燥。最终得到的降解产物为黄色固体粉末。

（2）醋辛酸亚锡水溶液催化体系降解环氧-胺固化材料