Mae cyfansoddion epocsi ysgafn, gwydn iawn wedi'u hatgyfnerthu â ffibr sy'n cynnwys ffibr gwydr neu ffibr carbon wedi'i fewnosod mewn matrics polymerau yn ddeunyddiau perfformiad uchel sy'n hanfodol ar gyfer gweithgynhyrchu llafnau modurol, llongau, awyrennau a thyrbinau gwynt.
Erbyn 2025, bydd tua 25,{2}} tunnell o lafnau tyrbinau gwynt yn cyrraedd eu hoes weithredol bob blwyddyn. Yn draddodiadol, bu'n anodd ailgylchu llafnau tyrbinau gwynt oherwydd priodweddau cemegol epocsi, sy'n sylwedd elastig ac fe'i hystyrir yn gydran na ellir ei dorri i lawr yn ddeunyddiau y gellir eu hailddefnyddio. Nid yw resinau epocsi yn fioddiraddadwy ac maent yn rhyddhau nwyon gwenwynig wrth eu llosgi, gan arwain yn y pen draw at dirlenwi fel y brif ffordd o gael gwared arnynt.
Mae tirlenwi llafnau tyrbinau gwynt wedi'i wahardd gan sawl gwlad Ewropeaidd oherwydd ei aneffeithlonrwydd a'i anghynaladwyedd, a disgwylir iddo gael ei weithredu gan fwy o wledydd yn y dyfodol. Felly, mae angen dybryd am strategaethau ailgylchu hyfyw ar gyfer resinau epocsi a'u cyfansoddion.
Mae'r broses sydd newydd ei darganfod ar hyn o bryd yn brawf o gysyniad y strategaeth ailgylchu a gellir ei chymhwyso i'r mwyafrif helaeth o lafnau a llafnau tyrbinau gwynt sy'n cael eu cynhyrchu ar hyn o bryd, yn ogystal â deunyddiau eraill sy'n seiliedig ar epocsi.
Cyhoeddwyd y canlyniadau yn y cyfnodolyn gwyddonol blaenllaw Nature a gwnaeth Prifysgol Aarhus, ynghyd â Sefydliad Technoleg Denmarc, gais am batent ar gyfer y broses.
Yn benodol, dangosodd yr ymchwilwyr, trwy ddefnyddio catalydd sy'n seiliedig ar ruthenium a thoddyddion isopropanol a tolwen, y gallent wahanu'r matrics epocsi a rhyddhau un o unedau strwythurol gwreiddiol y polymer epocsi, bisphenol A, a ffibrau gwydr cyfan mewn un broses.
Fodd bynnag, nid yw'r dull yn raddadwy ar unwaith oherwydd nid yw'r system catalytig yn ddigon effeithlon ar gyfer gweithredu diwydiannol - ac mae ruthenium yn fetel prin a drud. Felly mae gwyddonwyr ym Mhrifysgol Aarhus yn parhau i wella'r dull.
"Serch hynny, rydym yn gweld hyn yn ddatblygiad mawr wrth ddatblygu technolegau gwydn a all greu economi gylchol ar gyfer deunyddiau sy'n seiliedig ar epocsi. Dyma'r cyhoeddiad cyntaf o brosesau cemegol a all ddadelfennu cyfansoddion resin epocsi yn ddetholus ac ynysu un o'r deunyddiau pwysicaf. "Nid yw polymerau epocsi, yn ogystal â chydrannau pwysig o ffibrau gwydr neu garbon, yn niweidio'r olaf yn y broses," meddai Troels Skrydstrup, un o brif awduron yr astudiaeth.
Mae Troels Skrydstrup yn athro yn yr Adran Cemeg a'r Ganolfan Nanowyddorau Rhyngddisgyblaethol (iNANO) ym Mhrifysgol Aarhus. Cefnogwyd yr ymchwil gan brosiect CETEC (Circular Economy for Thermoset Epoxy Composites), partneriaeth rhwng Vestas, Oilon, Sefydliad Technoleg Denmarc a Phrifysgol Aarhus.
Yn yr astudiaeth hon, defnyddiodd yr ymchwilwyr adwaith tandem dehydrogenation/torri bond/gostyngiad wedi’i gataleiddio Ru-catalyzed i dorri’r bond C(alcyl)-O mwyaf cyffredin yn y polymer, y gellir ei ddefnyddio i dorri’r bond sengl C(alcyl)-O. gerllaw matrics y BPA. Dangosodd yr ymchwilwyr gymhwysiad y dull i resinau epocsi wedi'u halltu amin heb eu haddasu a deunyddiau cyfansawdd masnachol, gan gynnwys casio llafnau tyrbinau gwynt. Mae canlyniadau'r ymchwilwyr yn dangos bod adferiad cemegol o epocsiau thermoset a chyfansoddion yn ymarferol.
Dangosodd yr arbrawf dadadeiladu catalytig o resin epocsi y gellid adennill 81 y cant o BPA ar ôl 4 diwrnod o adwaith catalytig.
Gyda dull cyffredinol y gellir ei ddefnyddio ar gyfer dadelfeniad moleciwlaidd epocsiau wedi'u halltu amin, trodd yr ymchwilwyr i ymchwilio i gymhwysedd y protocol ar gyfer dadamodi epocsiau wedi'u hatgyfnerthu â ffibr sy'n cynnwys ffibrau yn ôl canran pwysau uchel yn ychwanegol at y matrics polymerau. Ar ôl 3 diwrnod, mae'r cyfansoddion wedi'u gwahanu'n glir yn ffibrau rhydd heb unrhyw rag-driniaeth. cymysgedd adwaith decentation; Ar ôl golchi, adferwyd 57wt y cant o ffibr carbon, a chafodd 13wt y cant o BPA ei ynysu o'r ateb.
Yna fe brofodd gasin llafn tyrbin gwynt wedi ymddeol o'r radd flaenaf. Cafodd y sampl cyfansawdd masnachol hwn ei ddadelfennu'n gatalytig yn drylwyr, gan arwain at 50wt y cant o ffibr gwydr a 19wt y cant BPA.
I gloi, ar gyfer y cydrannau a adferwyd o gyfansoddion diwedd oes, gellir ystyried economi gylchol. Yn ddamcaniaethol, gellir ailddefnyddio'r bisphenol A pur iawn a geir o ailgylchu mewn cadwyni cynhyrchu presennol megis resinau epocsi, polycarbonad neu bolyester, gan ddisodli'r BPA gwreiddiol a gynhyrchwyd o borthiant petrolewm. Gellir gweld proses gatalytig yr ymchwilwyr fel prawf o gysyniad, gan ddangos ei bod yn ddichonadwy sicrhau economi gylchol ar gyfer y deunyddiau gwerthfawr a pherthnasol hyn.
