[发明专利]可降解酰肼类潜伏型环氧树脂固化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及环氧树脂固化剂及其应用，尤其是涉及可降解酰肼类潜伏型环氧树脂固化剂，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。

背景技术

环氧树脂作为粘合剂和涂料具有大规模的全球市场，也是用于制造纤维增强塑料（FRP）的工业标准热塑性基质之一。FRPs是由聚合物基质和纤维，如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、天然纤维或其他纤维组成的复合材料。纤维有助于加强塑料在强度和弹性等方面的性能。FRPs通常也被称为“塑料复合材料”，或简单的称为“复合材料”。“塑料复合材料”也包含非纤维材料，如金属或纳米材料。塑料复合材料可作为其他结构材料（如钢或铝）的轻质替代品，广泛应用于汽车，航空航天，航海工艺，风能，和体育用品行业。轻质复合材料，有利于提高能源效率，从而具有巨大的环境效益，然而，热固性塑料复合材料在环境中的持久性和可回收等方面的限制抵消了其正面影响，可以预测日益增长的风力发电产业必定会造成废旧材料垃圾堆积就是一个典型的例子。

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聚合网状结构。“树脂”与“固化剂”的组合有时被称为“固化后环氧树脂”、“固化后树脂”或者简单的叫做“树脂”或“环氧树脂”。这种环氧树脂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。同时，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。环氧树脂潜伏性固化剂是近年来国内外环氧树脂固化剂研究热点。

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，与目前普遍采用的双组分环氧树脂体系相比，由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，一是将一些反应活性高而贮存稳定性差的固化剂的反应活性进行封闭、钝化；二是将一些贮存稳定性好而反应活性低的固化剂的反应活性提高、激发。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，而在使用时通过光、热等外界条件将固化剂的反应活性释放出来，从而达到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。预计到2015年，全球复合材料生产量会显著增长，超过1000万吨。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。

已报道的纤维复合材料回收工艺大致有三种：填埋法、焚化法和粉碎法。其中填埋法是直接把废旧复合材料埋到地下，简单易行，成本极低，但占据土地，污染源依然如故。焚化法虽然可以回收部分能量，但是焚烧过程又需要消耗大量能源，而且从环境角度来看还是存在着问题。一种新型的回收碳纤维复合材料技术能使复合材料中的塑性基质通过特殊焚烧炉除去，残留的碳纤维可以回收再用，虽然这种方法向可持续性发展方向迈进了一步，但是其并不能代表能完全回收再用，这是因为塑性基质在回收过程中被销毁而无法回收再利用。粉碎法回收得到的纤维材料作为添料重新使用，添加到一定比例后会造成材料相关力学性能的降低。总的来说，这些方法不同程度有其局限性，存在纤维缩短，性能退化，环境污染，回收成本高等缺点，因此，有效可行的回收废弃复合材料方法仍然是复合材料领域函待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种可降解酰肼类潜伏型环氧树脂固化剂，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。