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4月26日，国际知名期刊Nature在线发表了一篇题为《Catalytic disconnection of C–O bonds in epoxy resins and composites》文章，文中介绍了丹麦科学家发明的一种化学方法，可以分解风力涡轮机叶片用环氧树脂复合材料，同时提取未断裂的玻璃纤维和高质量的环氧树脂原始构件。这项新的化学技术不仅限于风力涡轮机叶片，还适用于不同种类的纤维增强环氧树脂复合材料，包括用昂贵的碳纤维增强的特定材料。 轻质、高强、耐用的纤维增强环氧树脂基复合材料是由嵌入聚合物基体的玻璃纤维或碳纤维组成，作为一种高性能材料，它对汽车、船舶、航空和风力涡轮机叶片的制造至关重要。 风电叶片的寿命对环境带来了挑战，因为它们的设计是为了持久使用。风力涡轮机叶片退役后通常会被丢弃在垃圾填埋场，因为它们很难分解。如果到2050年没有找到有效的解决方案，全球将收集4300万吨风力涡轮机叶片碎片。 与此同时，这种聚合物基复合材料材料的可持续回收技术几乎不存在。环氧树脂不可生物降解，在焚烧时会释放有毒气体，使得最终填埋成为处理的主要途径。截至2020年，只有约1%的终端复合材料被重新使用，它是通过将材料切碎并用作建筑中的填充物来实现的。由于效率低下和不可持续性，部分欧洲国家已经禁止填埋风力涡轮机叶片，因此，迫切需要开发环氧树脂基复合材料的可行回收策略。 丹麦科研人员设想开发一种环氧树脂基复合材料的化学回收方法，旨在选择性断开环氧树脂之间共享的固有连接基序，而不是切割人工引入的断裂点或破坏基体的分子复杂性。通过靶向在树脂的基本生产步骤中形成的键，除了从聚合物嵌入物中释放纤维外，还可以回收有价值的聚合物构建块。因此，环氧树脂和纤维的圆形度都是可以实现的，因为原始聚合物可以由回收的基础化学品生产。
a、 交联环氧树脂基体和连接基序的分子结构示意图。蓝色圆圈表示连接部分，而黑线表示线性聚合物部分。与双酚A相邻的C-O键(红色)被用来解构聚合物基体。b、 考虑到连接基序和构建块，将优化的反应条件应用于不同的模型底物，并给出了通过柱色谱分离的产物的产率。 这项新发现的技术是一种概念验证回收策略，可用于绝大多数现有和当前的风力涡轮机叶片，以及其他环氧基材料。这是一种化学工艺的首次公开，该工艺可以选择性地分解环氧树脂复合材料，并分离环氧聚合物以及玻璃或碳纤维的最重要组成部分之一，而不会在工艺中损坏后者。 这项研究成果最近发表在著名的科学杂志《自然》上，奥胡斯大学和丹麦技术研究所已经为这项技术申请了专利。研究人员特别证明，使用钌基催化剂和异丙醇和甲苯溶剂，他们可以分离环氧树脂基体，并在单一过程中释放出环氧聚合物的原始组成部分之一双酚A（BPA），以及完全完整的玻璃纤维。  然而，该方法还不能立即扩展，因为催化系统的效率不足以用于工业实施，并且钌是一种稀有且昂贵的金属。因此，奥胡斯大学的科学家们正在继续改进这一方法。 尽管如此，研究人员认为这是开发耐用技术的重大突破，可以为环氧树脂基复合材料创造循环经济。这项研究由CETEC项目（热固性环氧树脂复合材料的循环经济）资助，该项目是维斯塔斯公司、奥林公司、丹麦技术研究所和奥胡斯大学的合作伙伴。
关于该技术更多细节内容可以在线阅读：Ahrens, A., et al. (2023). Catalytic disconnection of C–O bonds in epoxy resins and composites. Nature. doi.org/10.1038/s41586-023-05944-6. |
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