该研究团队由瑞士联邦材料科学与技术研究所(Empa)圣加仑先进纤维实验室的研究员阿文德·塞卡尔博士领导，他与其他单位合作，找到了一种在不影响强度的前提下回收环氧基热固性树脂的方法。
环氧树脂是一种透明、坚固的聚合物，广泛用于涂料、黏合剂以及航空、汽车制造、运动器材和可再生能源基础设施等领域的纤维增强复合材料。
传统环氧树脂固化后无法重新熔化或重塑，因此只能通过焚烧或填埋进行最终处理。为了解决这个问题，研究团队研发了一种新型环氧树脂，它不仅可以进行再加工和化学回收，还具有阻燃性和易于生产的特点。
回收利用的突破
虽然PET、HDPE和PVC等多种塑料在一定程度上可以回收利用，但环氧树脂却无法回收。它属于热固性聚合物，这类聚合物的长分子链相互交联，这意味着它们在初始固化后无法再次熔化。
塞卡尔说：“目前，我们只有两种处理环氧树脂的方法：焚烧或填埋。”然而，这种耐用的塑料被广泛用于涂料和黏合剂，以及与碳纤维或玻璃纤维结合制成的纤维增强材料，用于飞机、汽车零部件、运动器材和风力涡轮机等领域。
为了克服这些局限性，研究人员成功研制出一种磷基可回收环氧树脂。磷基添加剂通常用作阻燃剂，通常情况下，它们只是以粉末的形式混入环氧树脂中。
研究团队在环氧树脂固化前，将含磷聚合物直接掺入其中，制成了一种阻燃、可再加工且可化学回收的树脂。磷元素发挥着双重作用：它不仅能提高耐火性能，还能使聚合物内部的交联结构在受热时发生位移。
这意味着固化的环氧树脂可以研磨成粉末，并通过一种称为热机械回收的工艺，利用热力和压力多次重塑成型。“我们已经进行了十次这样的回收循环，环氧树脂在此过程中没有损失任何明显的机械强度。”塞卡尔指出。
同时，在碳纤维飞机部件和风力涡轮机叶片等纤维增强复合材料中，环氧树脂可以溶解以回收纤维，且几乎不会造成任何损伤。除了纤维之外，还可以回收超过90%的环氧树脂和磷。
从垃圾填埋场到再利用
虽然化学回收耗能高且需要溶剂，但科学家们强调，只有在无法进行热机械回收的情况下才应使用化学回收。然而，对于纤维复合材料而言，目前还没有可行的替代方案。
化学回收应该始终是最后的选择，塞卡尔表示，只要条件允许，热机械回收都是更可取的。科学家们花费数年时间改进这种材料，如今已优化了生产工艺，使其能够进行工业规模化生产。
他们正在积极寻找商业合作伙伴，以将这项技术推向市场。研究人员表示，早期应用可能包括室内外涂料，在这些领域，防火性和耐久性至关重要。
风力涡轮机的制造是另一个极具应用前景的领域。环氧树脂黏合剂在连接叶片和结构部件方面发挥着重要作用，但也给维护和退役带来了重大挑战。
风力涡轮机特别容易受到雷击或电气故障引发的火灾的影响。“除了提高防火安全性之外，我们的材料还能简化维护和部件更换流程，因为即使在固化后，在合适的条件下它仍然可以重新塑形。”塞卡尔总结道。
