可回收熱固性材料發展趨勢：材料世界網

林國權、翁如屏 / 上緯國際投資控股股份有限公司

熱固性材料因具有高強度、耐酸鹼、抗腐蝕等特性，被大量使用在複合材料產業中，但也因其經過化學交聯反應，使得材料難以被回收，長年以來累積大量的退役部件對環境造成極大的傷害。本文將介紹可回收熱固性材料發展的趨勢，以及材料回收的技術與現況。

【內文精選】

熱固複材廢棄物處理技術現況

熱固性複材的廢棄物難以處理，目前處理的方式主要有三大類，分別是掩埋堆置、熱裂解(燃燒法)以及化學法，接續將簡介目前處理現況。

熱固性樹脂化學降解法技術現況

2008年時，一篇發表於J. of Supercritical Fluids期刊的文章，其研究內容是將一般常見的環氧樹脂材料硬化後，透過化學法將其降解。

降解後之混合樹脂透過GPC與FTIR分析，其顯示分子量分布範圍為100~1,000 g/mole，表示內容物從小分子到大分子都有，且分布的種類多，顯示其中的化學結構非常混雜；其次，當中有部分分子量分布是大於250 g/mole，表示內容物仍含有數種低聚物未完全降解，而是呈現重複單體的分子結構。圖五為FTIR分析圖，從FTIR分析圖顯示回收的樹脂包含環氧基、烴基C≡N等低聚物與單體衍生化合物的共混。由於分解後的樹脂分子量分布不均，又摻雜各式未知結構之化學化合物，所以對科學家而言是難以純化再利用的混合物質，此混合溶液並沒有太大的利用價值，最終只能作為有機溶液焚燒，提供熱質。

圖五、化學法降解實驗使用之FTIR分析

由於傳統熱固樹脂沒有經過分子設計，所以在降解時為隨意斷鍵，造成分子量分布不均的現象，要解決該問題，必須在一開始就進行分子設計，並且能精準控制斷鍵的位置，方能有效控制降解後之分子結構。松下電工株式會社先利用乙二醇(Glycol)及富馬酸(Fumaric Acid)聚合成不飽和聚酯的長碳鏈，接著利用苯乙烯(Styrene)作為硬化劑使用，將長碳鏈反應變成網狀的交聯結構；當要進行降解反應時，透過超臨界的方法，可以精準地斷鏈於酯鍵上，就可以得到乙二醇、富馬酸的單體，以及由富馬酸跟苯乙烯鍵結之長碳鏈，透過純化分離就能將乙二醇與富馬酸回收再利用，富馬酸跟苯乙烯鍵結之長碳鏈(Styrene-Fumaric Acid Copolymer)經過改質後，可以作為添加劑使用，實現回收再利用的概念。

可回收的熱固性樹脂—EzCiclo™技術突破

EzCiclo結合了分子設計的概念，成功實現了可回收熱固性樹脂的開發，其概念就如同傳統環氧樹脂製程，將樹脂與硬化劑結合交聯反應，當材料要進行回收時，加入CleaVER™降解液後，即可將樹脂解聚分離出纖維。此方法亦屬於化學法回收，但是與上述化學法最大的差異在於，EzCiclo是經過分子設計的單體材料，並搭配特殊的解聚材料，能夠控制樹脂在解聚時，有效且精準地斷鍵在特定的化學鍵，突破了既往化學法隨意斷鍵無法控制分子量分布的問題。因為能控制斷鍵位置，所降解出來的樹脂小分子結構與分子量都差不多，如此才有辦法純化後再加以利用。

圖八為EzCiclo的降解流程圖，先利用EzCiclo樹脂與玻璃纖維熱固複合，形成玻璃纖維複合板材，將欲處理的板材放置反應槽中，加入CleaVER降解液，將反應槽加熱至130˚C，經過2~3小時的反應時間後，將FRP從反應槽中取出，就可以分別得到降解後的玻璃纖維與樹脂。而回收的樹脂經過處理與配方化後，可以重新再導入樹脂系統中，與硬化劑反應後製備新的玻璃纖維複合板材。