[发明专利]一种可降解微胶囊固化剂的制备及应用

说明书

本发明公开了一种可降解微胶囊固化剂的制备及应用，可降解微胶囊固化剂由壁材和芯材组成，所述芯材由可降解固化剂组成，所述壁材由可降解聚合物或不可降解聚合物组成，本发明提供了一种可降解微胶囊环氧树脂固化剂，以及由该固化剂与环氧树脂合成的聚合物、增强复合材料及所述聚合物和增强复合材料的降解方法。本发明所制备的可降解增强复合材料具有良好的储存稳定性，室温贮存期在一个月以上，而在较高温度时能快速固化，在特定条件下，复合材料发生降解，增强材料和环氧树脂基体降解产物都可以分离和回收；此外，增强复合材料的降解回收方法，可以在相对温和反应条件、经济、易于控制下进行。

技术领域

本发明涉及固化剂制备技术领域，特别涉及一种可降解微胶囊固化剂的制备及应用。

背景技术

环氧树脂是一种重要的热固型化合物，其作为粘合剂和涂料具有大规模的全球市场，广泛应用于粘合剂、结构材料、涂漆、陶瓷制造、印刷电路板、微电子包装、航空航天，风能和体育用品等领域。

最普遍的环氧树脂配方含有双环氧化合物(树脂)和聚胺化合物(固化剂)，本质上可以形成具有无限分子量的交联网状结构聚合物。“树脂”和“固化剂”的组合配方在复合材料上的广泛应用是由于其固化前优异的加工性能和固化后优异的附着力、机械强度、热分散性、电学性能、耐化学性等。此外，固化后环氧树脂的高密度、三维交联网状结构使其成为极其耐用坚硬的材料，可以承受大范围的环境条件的影响。然而，固化后环氧树脂的交联网状结构使其去除、回收和再利用特别困难。本质上，通常使用聚胺化合物与环氧树脂复配发生的交联反应是不可逆的，因此，这种物质不能重新熔解、不能无损的重新成型、也不能轻易的溶解。

潜伏性固化剂，是指加入到环氧树脂中与其组成的单组分体系在室温下具有一定的贮存稳定性，而在加热、光照、湿气、加压等条件下能迅速进行固化反应的固化剂。潜伏性固化剂与环氧树脂混合配制而成的单组分环氧树脂体系具有简化生产操作工艺、无环境污染、适应大规模工业化生产等优点。环氧树脂潜伏性固化剂的研究主要通过物理或者化学方法，对普通使用低温和高温固化剂的固化活性加以改进，最终达到使固化剂在室温下加入到环氧树脂中时具有一定的贮存稳定性，而在加热、光照、湿气、加压等条件下固化剂能使环氧树脂迅速固化的目的。

环氧树脂预浸料是由环氧树脂、固化体系与增强纤维组成的复合体系，树脂体系呈未固化状态，是制备复合材料的中间基材。由其制备的碳纤维复合材料具有比强度、比模量高以及性能的可设计和成形工艺多样性等特点，广泛用于结构材料、航空航天以及民用娱乐生活。然而如何处理和回收纤维复合材料废弃物是阻碍其蓬勃发展的世界性难题，从而制约了纤维复合材料的可持续发展。

目前，国内外纤维增强复合材料回收方法的研究主要是针对非可降解型热固性树脂基复合材料垃圾废物，有机械法、热处理法和化学法。机械法就是通过切割、研磨手段，将复合材料垃圾废物破碎成不同颗粒大小的回收料，用作低价值的填充料。热处理法包括焚化、热裂解、流化床和水泥窑等方法，这类方法的共同之处在于：将复合材料垃圾废物中的有机质组份(30-40％)在500-950℃高温条件下气化，同时回收能源。其中，水泥窑法还可将无机质组份(60-70％)转化成水泥制造需要的原料；热裂解和流化床法可以分离回收纤维材料，回收的玻璃纤维用于制造玻璃，回收的碳纤维表面常常残留有焦炭，且力学性能下降，仅有原碳纤维丝的70-80％，极大地影响其再利用价值。化学法包括溶剂解法、酸消化法、碱水解法、催化解聚法和氧化降解法等，这类方法的特点是：使用高温高压的溶剂(超临界、亚临界或近临界水、甲醇、乙醇、丙醇等)、高浓度强氧化性酸(8-12N的浓硝酸)、强碱、强腐蚀性试剂(苯酚)或强氧化剂等，通过化学反应，将高度交联的有机高分子组份降解，实现纤维增强材料的分离回收。其中，目前溶剂解法还在实验室试验阶段，需要高温高压条件，设备要求极高，难以实现产业化规模的操作。

可降解固化剂是一类与环氧树脂反应形成的立体网状固化物，可以在常压、温和、但特定的条件下被降解为分子量较小的线性聚合物，并溶解在特殊的有机溶剂中，实现环氧树脂基质与纤维增强材料的分离，进而达到回收和再利用的目的，对于复合材料的回收再利用具有巨大的经济和环境优势。