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JP7641310B2 - Method for decomposing epoxy resin and method for recovering carbon fiber from carbon fiber composite material - Google Patents
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JP7641310B2 - Method for decomposing epoxy resin and method for recovering carbon fiber from carbon fiber composite material - Google Patents

Method for decomposing epoxy resin and method for recovering carbon fiber from carbon fiber composite material Download PDF

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Description

本発明は、エポキシ樹脂の分解方法、およびその方法を用いた炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法に関する。 The present invention relates to a method for decomposing epoxy resin and a method for recovering carbon fibers from carbon fiber composite materials using the method.

エポキシ樹脂は、優れた電気絶縁性、耐熱性、機械的強度などを有する熱硬化性樹脂であり、各種の電気部品、電子部品、自動車部品などの材料として広く用いられている。エポキシ樹脂は、例えば、ビスフェノールAとエピクロロヒドリンとの共重合体などのプレポリマーと、ポリアミンや酸無水物などの硬化剤とを混合して熱硬化処理を行うことにより得られる。しかし、一度硬化したエポキシ樹脂は、熱による軟化、融解はされにくく、溶剤への溶解性も低いため、分解は困難である。このため、硬化したエポキシ樹脂の処分は、埋立てせざるを得ず、環境への負荷などの問題がある。また、溶剤への溶解性が低く、分解が困難であるため、硬化したエポキシ樹脂の構造解析などの分析も困難である。 Epoxy resin is a thermosetting resin with excellent electrical insulation, heat resistance, and mechanical strength, and is widely used as a material for various electrical components, electronic components, and automobile parts. Epoxy resin can be obtained by mixing a prepolymer, such as a copolymer of bisphenol A and epichlorohydrin, with a hardener, such as a polyamine or an acid anhydride, and then performing a heat curing process. However, once cured, epoxy resin is difficult to soften or melt due to heat, and has low solubility in solvents, making it difficult to decompose. For this reason, the disposal of cured epoxy resin must be done by landfilling, which creates problems such as a burden on the environment. In addition, because it has low solubility in solvents and is difficult to decompose, it is also difficult to analyze the structure of cured epoxy resin.

特に、炭素繊維とエポキシ樹脂などの樹脂材料とを含む炭素繊維複合材料は、航空機や自動車などの用途において用いられており、炭素繊維のリサイクルが求められている。炭素繊維をリサイクルするために、使用済みの炭素繊維複合材料に含まれるエポキシ樹脂を除去して、炭素繊維を回収する方法が検討されている。 In particular, carbon fiber composite materials containing carbon fibers and resin materials such as epoxy resins are used in applications such as aircraft and automobiles, and there is a demand for recycling carbon fibers. In order to recycle carbon fibers, methods are being considered for removing the epoxy resin contained in used carbon fiber composite materials and recovering the carbon fibers.

例えば、特許文献1では、濃度90wt%以上、温度120℃以上の硫酸中に炭素繊維とエポキシ樹脂とを含有する炭素繊維強化プラスチックを浸漬させることによって、エポキシ樹脂を溶解させることができると提案されている。この方法では、発生する硫黄酸化物や一酸化炭素を除去するため、アルカリスクラバや水スクラバなどを設けるとされている。 For example, Patent Document 1 proposes that epoxy resin can be dissolved by immersing carbon fiber reinforced plastic containing carbon fiber and epoxy resin in sulfuric acid with a concentration of 90 wt % or more and a temperature of 120°C or more. In this method, an alkali scrubber or water scrubber is provided to remove the sulfur oxides and carbon monoxide that are generated.

特許文献2では、0.01~10M、温度10~100℃の有機酸、無機酸中にエポキシ樹脂を含む炭素繊維複合材料を浸漬させた後、アルカリ性水溶液に浸漬することによって、エポキシ樹脂を溶解させることができると提案されている。特許文献2の実施例では、60~70℃でエポキシ樹脂の分解を行っている。 Patent Document 2 proposes that the epoxy resin can be dissolved by immersing a carbon fiber composite material containing the epoxy resin in an organic acid or inorganic acid at 0.01 to 10 M and a temperature of 10 to 100°C, and then immersing it in an alkaline aqueous solution. In the examples of Patent Document 2, the epoxy resin is decomposed at 60 to 70°C.

特許文献3では、pH2~4の弱酸で樹脂を膨潤させた後、過酸化水素水とイオン化液体の混合液に強化繊維がエポキシ樹脂に含浸された強化部品を浸漬することによって、エポキシ樹脂を溶解させることができると提案されている。 Patent document 3 proposes that the epoxy resin can be dissolved by swelling the resin with a weak acid of pH 2 to 4, and then immersing a reinforced part in which reinforcing fibers are impregnated with epoxy resin in a mixture of hydrogen peroxide and an ionized liquid.

特許文献4では、大気圧、室温下で、トリメチルシリルハロゲン、フェントン試薬などのエポキシ樹脂分解化合物と、有機溶媒と、少量の水との混合液に浸漬することによって、エポキシ樹脂を溶解させることができると提案されている。 Patent Document 4 proposes that epoxy resins can be dissolved by immersing them in a mixture of an epoxy resin decomposition compound such as trimethylsilyl halogen or Fenton's reagent, an organic solvent, and a small amount of water at atmospheric pressure and room temperature.

従来のエポキシ樹脂の分解方法では、エポキシ樹脂の分解に高温、高圧が必要であり、多くのエネルギーが必要となる。また、そのような高温、高圧に耐えうる専用の機器を用いる必要がある。さらに、硫酸や硝酸などの酸を高温で処理すると、SOxやNOxなどの環境負荷の高い化合物が生成する。硫酸を用いた分解の場合、エポキシ樹脂の一部が炭化して完全に分解することが困難である。特許文献3のような過酸化水素水とイオン化液体の混合液を用いる方法ではイオン化液体が高価であり、大量の炭素繊維複合材料を処理する場合には、コストがかかるという問題がある。 Conventional methods for decomposing epoxy resins require high temperatures and high pressures to decompose the epoxy resins, which requires a lot of energy. In addition, it is necessary to use specialized equipment that can withstand such high temperatures and pressures. Furthermore, when acids such as sulfuric acid and nitric acid are used at high temperatures, compounds that have a high environmental impact, such as SOx and NOx, are produced. When decomposition is performed using sulfuric acid, part of the epoxy resin is carbonized, making it difficult to completely decompose it. In the method of using a mixture of hydrogen peroxide and ionized liquid as in Patent Document 3, the ionized liquid is expensive, and there is a problem that it is costly to process a large amount of carbon fiber composite material.

特開2022-102186号公報JP 2022-102186 A 特開2019-136932号公報JP 2019-136932 A 特開2017-104847号公報JP 2017-104847 A 特開2021-155644号公報JP 2021-155644 A

本発明の目的は、低コストで、大気圧、室温下などの温和な条件でもエポキシ樹脂を分解することができ、環境負荷の高い化合物の生成がほとんどないエポキシ樹脂の分解方法、およびその方法を用いた炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a method for decomposing epoxy resins at low cost, under mild conditions such as atmospheric pressure and room temperature, and with almost no generation of compounds that place a high burden on the environment, and a method for recovering carbon fibers from carbon fiber composite materials using said method.

本発明は、酸性溶液で処理して、エポキシ樹脂に酸性官能基を導入する第1の工程と、金属イオンを含む溶液で処理して、前記酸性官能基の金属塩を形成する第2の工程と、過酸化水素で処理して、前記酸性官能基の金属塩が導入されたエポキシ樹脂の分解を行う第3の工程と、を含み、前記第1の工程で用いる前記酸性溶液として、硫酸、リン酸、硝酸、および塩酸のうちの少なくとも1つを用い、前記第2の工程で用いる前記金属イオンを含む溶液として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属の金属塩のうちの少なくとも1つを含む溶液を用いる、エポキシ樹脂の分解方法である。 The present invention is a method for decomposing an epoxy resin, comprising a first step of introducing an acidic functional group into the epoxy resin by treating with an acidic solution, a second step of treating with a solution containing metal ions to form a metal salt of the acidic functional group, and a third step of treating with hydrogen peroxide to decompose the epoxy resin into which the metal salt of the acidic functional group has been introduced, in which the acidic solution used in the first step is at least one of sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, and hydrochloric acid, and the solution containing metal ions used in the second step is a solution containing at least one of metal salts of alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals.

前記エポキシ樹脂の分解方法において、前記第1の工程で用いる前記酸性溶液として、硫酸を用いることが好ましい。 In the method for decomposing an epoxy resin, it is preferable to use sulfuric acid as the acidic solution used in the first step.

前記エポキシ樹脂の分解方法において、前記第2の工程で用いる前記金属イオンを含む溶液として、Fe(II)、Fe(III)、Cu(II)、およびLiのうちの少なくとも1つを含む溶液を用いることが好ましい。 In the epoxy resin decomposition method, it is preferable to use a solution containing at least one of Fe(II), Fe(III), Cu(II), and Li as the solution containing the metal ions used in the second step.

本発明は、前記エポキシ樹脂の分解方法を用いて、炭素繊維複合材料から炭素繊維を回収する、炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法である。 The present invention is a method for recovering carbon fibers from carbon fiber composite materials, in which carbon fibers are recovered from carbon fiber composite materials using the above-mentioned epoxy resin decomposition method.

本発明により、低コストで、大気圧、室温下などの温和な条件でもエポキシ樹脂を分解することができ、環境負荷の高い化合物の生成がほとんどないエポキシ樹脂の分解方法、およびその方法を用いた炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法を提供することができる。 The present invention provides a method for decomposing epoxy resins at low cost and under mild conditions such as atmospheric pressure and room temperature, with little production of compounds that have a high environmental impact, and a method for recovering carbon fibers from carbon fiber composite materials using the method.

本発明の実施形態に係る炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法の手順の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a procedure for a method for recovering carbon fibers from a carbon fiber composite material according to an embodiment of the present invention. 実施例1におけるエポキシ樹脂のIRスペクトルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an IR spectrum of the epoxy resin in Example 1. 実施例1における金属イオン含有溶液処理後のエポキシ樹脂のIRスペクトルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an IR spectrum of an epoxy resin after treatment with a metal ion-containing solution in Example 1. 実施例1における過酸化水素処理後のエポキシ樹脂のIRスペクトルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an IR spectrum of an epoxy resin after hydrogen peroxide treatment in Example 1. 実施例2における過酸化水素処理後のエポキシ樹脂のIRスペクトル(25℃過酸化水素分解の例)を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an IR spectrum of an epoxy resin after hydrogen peroxide treatment in Example 2 (an example of hydrogen peroxide decomposition at 25° C.). 比較例1における過酸化水素処理後のエポキシ樹脂のIRスペクトルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an IR spectrum of an epoxy resin after hydrogen peroxide treatment in Comparative Example 1. 比較例2におけるフェントン試薬処理後のエポキシ樹脂のIRスペクトルを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an IR spectrum of an epoxy resin after Fenton's reagent treatment in Comparative Example 2. 実施例3における過酸化水素処理後のCFRPの熱重量分析の結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of thermogravimetric analysis of CFRP after hydrogen peroxide treatment in Example 3.

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。 The following describes an embodiment of the present invention. This embodiment is an example of implementing the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.

<エポキシ樹脂の分解方法>
本実施形態に係るエポキシ樹脂の分解方法は、酸性溶液で処理して、エポキシ樹脂に酸性官能基を導入する第1の工程と、金属イオンを含む溶液で処理して、酸性官能基の金属塩を形成する第2の工程と、過酸化水素で処理して、酸性官能基の金属塩が導入されたエポキシ樹脂の分解を行う第3の工程と、を含み、第1の工程で用いる酸性溶液として、硫酸、リン酸、硝酸、および塩酸のうちの少なくとも1つを用い、第2の工程で用いる前記金属イオンを含む溶液として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属の金属塩のうちの少なくとも1つを含む溶液を用いる方法である。
<Method of decomposing epoxy resin>
The method for decomposing an epoxy resin according to this embodiment includes a first step of treating the epoxy resin with an acidic solution to introduce an acidic functional group into the epoxy resin, a second step of treating the epoxy resin with a solution containing metal ions to form a metal salt of the acidic functional group, and a third step of treating the epoxy resin with hydrogen peroxide to decompose the epoxy resin into which the metal salt of the acidic functional group has been introduced. The acidic solution used in the first step is at least one of sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, and hydrochloric acid, and the solution containing metal ions used in the second step is a solution containing at least one of metal salts of alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals.

上記の通り、従来のエポキシ樹脂の分解方法ではエポキシ樹脂の分解に高温、高圧が必要であり、多くのエネルギーが必要となる。また、そのような高温、高圧に耐えうる専用の機器を用いる必要がある。さらに、硫酸や硝酸などの酸を高温で処理すると、SOxやNOxなどの環境負荷の高い化合物が生成する。一方、本実施形態に係るエポキシ樹脂の分解方法は温和な条件(例えば、大気圧、室温)下でのエポキシ樹脂の分解が可能であり、環境負荷の高い化合物の生成がほとんどない。また、高温、高圧に耐えうる専用の機器を用いなくてもよく、優位性がある。大量のエポキシ樹脂を処理する場合であっても、多大なエネルギーを用いなくてもよい。エポキシ樹脂に導入した酸性官能基の金属塩に過酸化水素を作用させることによって、通常のフェントン試薬よりも高速でエポキシ樹脂を分解することができる。硫酸を用いた分解の場合、エポキシ樹脂の一部が炭化して完全に分解することが困難であるが、本方法によって炭化した成分も分解可能である。 As described above, in conventional epoxy resin decomposition methods, high temperature and high pressure are required to decompose epoxy resin, and a lot of energy is required. In addition, it is necessary to use dedicated equipment that can withstand such high temperature and high pressure. Furthermore, when acids such as sulfuric acid and nitric acid are treated at high temperature, compounds with high environmental load such as SOx and NOx are generated. On the other hand, the epoxy resin decomposition method according to the present embodiment is capable of decomposing epoxy resin under mild conditions (e.g., atmospheric pressure, room temperature), and compounds with high environmental load are hardly generated. In addition, it is advantageous in that it is not necessary to use dedicated equipment that can withstand high temperature and high pressure. Even when treating a large amount of epoxy resin, it is not necessary to use a large amount of energy. By reacting hydrogen peroxide with the metal salt of the acidic functional group introduced into the epoxy resin, the epoxy resin can be decomposed faster than with a normal Fenton's reagent. In the case of decomposition using sulfuric acid, part of the epoxy resin is carbonized and it is difficult to completely decompose it, but the carbonized components can also be decomposed by this method.

本方法による分解物は水に可溶であり、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)などの炭素繊維複合材料に含まれるエポキシ樹脂を分解した後、水で洗浄することによって、炭素繊維複合材料から炭素繊維や充填剤などを回収するリサイクル法としても利用することができる。 The decomposition products produced by this method are soluble in water, and can be used as a recycling method to recover carbon fibers and fillers from carbon fiber composite materials, such as carbon fiber reinforced plastics (CFRP), by decomposing the epoxy resin contained in the carbon fiber composite materials and then washing with water.

本方法では、酸性溶液によってエポキシ樹脂の少なくとも表面が酸化され、酸性官能基(例えば、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基など)が導入される。金属イオンを含む溶液で酸性官能基が導入されたエポキシ樹脂を処理すると、酸性官能基の水素と金属イオンとの交換反応が起き、金属塩を形成する。酸性官能基の金属塩が導入されたエポキシ樹脂に過酸化水素を作用させることによって、フェントン反応が起こる。このようにして起こるフェントン反応は、通常のフェントン試薬を用いる場合よりも高速でエポキシ樹脂を分解することができると考えられる。 In this method, at least the surface of the epoxy resin is oxidized by an acidic solution, and acidic functional groups (e.g., sulfonic acid groups, carboxyl groups, phosphoric acid groups, etc.) are introduced. When the epoxy resin with the acidic functional groups is treated with a solution containing metal ions, an exchange reaction occurs between the hydrogen of the acidic functional groups and the metal ions to form a metal salt. The Fenton reaction occurs when hydrogen peroxide acts on the epoxy resin with the metal salt of the acidic functional group. It is believed that the Fenton reaction that occurs in this way can decompose the epoxy resin more quickly than when a normal Fenton reagent is used.

分解対象であるエポキシ樹脂は、硬化剤とエポキシ基を有するエポキシ基含有化合物(プレポリマー)との熱硬化処理により得られる熱硬化性樹脂であればよく、特に制限はない。エポキシ樹脂としては、例えば、アミノ基を有するアミノ基含有化合物とエポキシ基を有するエポキシ基含有化合物との反応により得られるエポキシ樹脂、無水カルボン酸とエポキシ基を有するエポキシ基含有化合物との反応により得られるエポキシ樹脂、フェノール樹脂とエポキシ基を有するエポキシ基含有化合物との反応により得られるエポキシ樹脂などが挙げられる。エポキシ樹脂には、硬化を促進する触媒が含まれていてもよい。 The epoxy resin to be decomposed is not particularly limited as long as it is a thermosetting resin obtained by a heat curing treatment of a curing agent and an epoxy group-containing compound (prepolymer) having an epoxy group. Examples of epoxy resins include epoxy resins obtained by reacting an amino group-containing compound having an amino group with an epoxy group-containing compound having an epoxy group, epoxy resins obtained by reacting a carboxylic acid anhydride with an epoxy group-containing compound having an epoxy group, and epoxy resins obtained by reacting a phenol resin with an epoxy group-containing compound having an epoxy group. The epoxy resin may contain a catalyst that promotes curing.

硬化剤であるアミノ基含有化合物としては、例えば、4,4-メチレンビス(2,6-ジエチルアニリン)、ジエチレントリアミン、イソホロンジアミン、ポリアミドアミン、脂肪族ポリアミン、ジシアンジアミドなどが挙げられる。 Examples of amino group-containing compounds that act as curing agents include 4,4-methylenebis(2,6-diethylaniline), diethylenetriamine, isophoronediamine, polyamidoamine, aliphatic polyamines, and dicyandiamide.

硬化剤である無水カルボン酸としては、例えば、無水マレイン酸、無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸などが挙げられる。 Examples of carboxylic acid anhydrides that serve as hardeners include maleic anhydride, phthalic anhydride, and methylhexahydrophthalic anhydride.

硬化を促進する触媒としては、3級アミン、イミダゾールなどが挙げられる。 Catalysts that accelerate curing include tertiary amines and imidazoles.

エポキシ基含有化合物(プレポリマー)としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ、ビスフェノールF型エポキシ、フェノールノボラック型エポキシなどが挙げられる。 Examples of epoxy group-containing compounds (prepolymers) include bisphenol A type epoxy, bisphenol F type epoxy, and phenol novolac type epoxy.

第1の工程では、酸性溶液で処理して、エポキシ樹脂の少なくとも表面に酸性官能基を導入すればよい。エポキシ樹脂をできるだけ完全に分解するためには、エポキシ樹脂の内部まで酸性官能基を導入してもよい。 In the first step, the epoxy resin is treated with an acidic solution to introduce acidic functional groups at least to the surface. In order to decompose the epoxy resin as completely as possible, acidic functional groups may be introduced into the interior of the epoxy resin.

第1の工程では、エポキシ樹脂またはエポキシ樹脂を含む材料などを酸性溶液に所定の温度、圧力、時間で浸漬すればよい。必要に応じて、浸漬液を撹拌してもよい。浸漬の他に、噴霧、塗布などの方法でもよい。 In the first step, epoxy resin or a material containing epoxy resin is immersed in an acidic solution at a specified temperature, pressure, and time. If necessary, the immersion liquid may be stirred. In addition to immersion, other methods such as spraying and coating may also be used.

酸性溶液としては、硫酸、リン酸、硝酸、および塩酸のうちの少なくとも1つが挙げられ、これらのうち、樹脂への浸透性、酸性官能基の生成しやすさなどの点から、硫酸が好ましい。 The acid solution may be at least one of sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, and hydrochloric acid. Of these, sulfuric acid is preferred in terms of its permeability into the resin and ease of generating acidic functional groups.

導入される酸性官能基は、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、水酸基などである。 The acidic functional groups that can be introduced include sulfonic acid groups, carboxyl groups, phosphoric acid groups, and hydroxyl groups.

用いる酸性溶液の量は、エポキシ樹脂の質量に対して同質量以上とすることが好ましく、2倍以上とすることがより好ましい。用いる酸性溶液の量がエポキシ樹脂の質量に対して同質量未満であると、酸性官能基の導入反応が進行しにくい場合がある。用いる酸性溶液の量の上限は、必要以上に過剰でなければ特に制限はない。 The amount of acidic solution used is preferably equal to or greater than the mass of the epoxy resin, and more preferably equal to or greater than twice the mass. If the amount of acidic solution used is less than the mass of the epoxy resin, the reaction for introducing acidic functional groups may not proceed smoothly. There is no upper limit to the amount of acidic solution used, so long as it is not excessive.

第1の工程における反応温度は、例えば、0~180℃の範囲であり、20~160℃の範囲が好ましい。反応温度が0℃未満であると、酸性官能基の導入反応が進行しにくい場合があり、180℃を超えると、三酸化硫黄が発生し、装置などの腐食が促進される場合がある。 The reaction temperature in the first step is, for example, in the range of 0 to 180°C, preferably in the range of 20 to 160°C. If the reaction temperature is below 0°C, the reaction for introducing acidic functional groups may not proceed smoothly, and if it exceeds 180°C, sulfur trioxide may be generated, which may accelerate corrosion of the equipment, etc.

第1の工程における反応圧力は、例えば、大気圧(950~1030hPa)であり、加圧(例えば、1~2atm)を行ってもよい。 The reaction pressure in the first step is, for example, atmospheric pressure (950 to 1030 hPa), and pressurization (for example, 1 to 2 atm) may also be performed.

第1の工程における反応時間は、反応温度、反応圧力などに応じて適宜決めればよい。反応温度が室温(20~25℃)、反応圧力が大気圧(950~1030hPa)の場合は、例えば、3~24時間の範囲とすればよい。 The reaction time in the first step may be appropriately determined depending on the reaction temperature, reaction pressure, etc. When the reaction temperature is room temperature (20 to 25°C) and the reaction pressure is atmospheric pressure (950 to 1030 hPa), the reaction time may be set to, for example, a range of 3 to 24 hours.

第2の工程では、金属イオンを含む溶液で処理して、第1の工程で導入された酸性官能基の金属塩を形成する。 In the second step, the material is treated with a solution containing metal ions to form metal salts of the acidic functional groups introduced in the first step.

第2の工程では、酸性官能基を導入したエポキシ樹脂またはエポキシ樹脂を含む材料などを、金属イオンを含む溶液に所定の温度、圧力、時間で浸漬すればよい。必要に応じて、浸漬液を撹拌してもよい。浸漬の他に、噴霧、塗布などの方法でもよい。 In the second step, the epoxy resin or a material containing the epoxy resin to which an acidic functional group has been introduced is immersed in a solution containing metal ions at a specified temperature, pressure, and time. If necessary, the immersion liquid may be stirred. In addition to immersion, other methods such as spraying and coating may also be used.

金属イオンを含む溶液としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属の金属塩のうちの少なくとも1つを含む溶液が挙げられる。これらのうち、フェントン反応を効率的に触媒するなどの点から、Fe(II)、Fe(III)、Cu(II)、およびLiのうちの少なくとも1つを含む溶液が好ましい。 Examples of solutions containing metal ions include solutions containing at least one of metal salts of alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals. Of these, solutions containing at least one of Fe(II), Fe(III), Cu(II), and Li are preferred from the standpoint of efficiently catalyzing the Fenton reaction.

用いる金属イオンの量は、エポキシ樹脂の質量に対して同質量以上とすることが好ましく、2倍以上とすることがより好ましい。用いる金属イオンの量がエポキシ樹脂の質量に対して同質量未満であると、金属塩の形成反応が進行しにくい場合がある。用いる金属イオンの量の上限は、必要以上に過剰でなければ特に制限はない。 The amount of metal ions used is preferably equal to or greater than the mass of the epoxy resin, and more preferably equal to or greater than twice the mass. If the amount of metal ions used is less than the mass of the epoxy resin, the reaction to form the metal salt may not proceed smoothly. There is no upper limit to the amount of metal ions used, as long as it is not excessive.

第2の工程における反応温度は、例えば、0~100℃の範囲であり、20~80℃の範囲が好ましい。反応温度が0℃未満であると、金属塩の形成反応が進行しにくい場合があり、100℃を超えると、溶媒が蒸発していく可能性がある。 The reaction temperature in the second step is, for example, in the range of 0 to 100°C, preferably in the range of 20 to 80°C. If the reaction temperature is below 0°C, the reaction to form the metal salt may not proceed smoothly, and if it exceeds 100°C, the solvent may evaporate.

第2の工程における反応圧力は、例えば、大気圧(950~1030hPa)であり、加圧(例えば、1~2atm)を行ってもよい。 The reaction pressure in the second step is, for example, atmospheric pressure (950 to 1030 hPa), and pressurization (for example, 1 to 2 atm) may also be performed.

第2の工程における反応時間は、反応温度、反応圧力などに応じて適宜決めればよい。反応温度が室温(20~25℃)、反応圧力が大気圧(950~1030hPa)の場合は、例えば、30秒~24時間の範囲とすればよい。 The reaction time in the second step may be appropriately determined depending on the reaction temperature, reaction pressure, etc. When the reaction temperature is room temperature (20 to 25°C) and the reaction pressure is atmospheric pressure (950 to 1030 hPa), the reaction time may be set to, for example, a range of 30 seconds to 24 hours.

第3の工程では、過酸化水素で処理して、第1の工程、第2の工程で酸性官能基の金属塩が導入されたエポキシ樹脂の分解を行う。 In the third step, the epoxy resin into which the metal salt of the acidic functional group has been introduced in the first and second steps is decomposed by treatment with hydrogen peroxide.

第3の工程では、酸性官能基の金属塩を導入したエポキシ樹脂またはエポキシ樹脂を含む材料などを、過酸化水素水などの過酸化水素を含む溶液に所定の温度、圧力、時間で浸漬すればよい。必要に応じて、浸漬液を撹拌してもよい。浸漬の他に、噴霧、塗布などの方法でもよい。 In the third step, the epoxy resin or the material containing the epoxy resin to which the metal salt of the acidic functional group has been introduced is immersed in a solution containing hydrogen peroxide, such as hydrogen peroxide water, at a specified temperature, pressure, and time. If necessary, the immersion liquid may be stirred. In addition to immersion, other methods such as spraying and coating may also be used.

過酸化水素としては、例えば、過酸化水素水、過炭酸ナトリウムなどを用いればよい。 For example, hydrogen peroxide solution, sodium percarbonate, etc. can be used as hydrogen peroxide.

用いる過酸化水素の量は、エポキシ樹脂の質量に対して同質量以上とすることが好ましく、2倍以上とすることがより好ましい。用いる過酸化水素の量がエポキシ樹脂の質量に対して同質量未満であると、エポキシ樹脂の分解反応が進行しにくい場合がある。用いる過酸化水素の量の上限は、必要以上に過剰でなければ特に制限はない。 The amount of hydrogen peroxide used is preferably equal to or greater than the mass of the epoxy resin, and more preferably equal to or greater than twice the mass. If the amount of hydrogen peroxide used is less than the mass of the epoxy resin, the decomposition reaction of the epoxy resin may not proceed smoothly. There is no upper limit to the amount of hydrogen peroxide used, so long as it is not excessive.

第3の工程における反応温度は、例えば、0~100℃の範囲であり、20~80℃の範囲が好ましい。反応温度が0℃未満であると、エポキシ樹脂の分解反応が進行しにくい場合があり、100℃を超えると、過酸化水素が蒸発していく可能性がある。 The reaction temperature in the third step is, for example, in the range of 0 to 100°C, preferably in the range of 20 to 80°C. If the reaction temperature is below 0°C, the decomposition reaction of the epoxy resin may not proceed smoothly, and if it exceeds 100°C, the hydrogen peroxide may evaporate.

第3の工程における反応圧力は、例えば、大気圧(950~1030hPa)であり、加圧(例えば、1~2atm)を行ってもよい。 The reaction pressure in the third step is, for example, atmospheric pressure (950 to 1030 hPa), and pressurization (for example, 1 to 2 atm) may also be performed.

第3の工程における反応時間は、反応温度、反応圧力などに応じて適宜決めればよい。反応温度が室温(20~25℃)、反応圧力が大気圧(950~1030hPa)の場合は、例えば、30秒~24時間の範囲とすればよい。 The reaction time in the third step may be appropriately determined depending on the reaction temperature, reaction pressure, etc. When the reaction temperature is room temperature (20 to 25°C) and the reaction pressure is atmospheric pressure (950 to 1030 hPa), the reaction time may be set to, for example, a range of 30 seconds to 24 hours.

本実施形態に係るエポキシ樹脂の分解方法によって、低コストで、大気圧、室温下などの温和な条件でもエポキシ樹脂を分解することができる。本方法では、環境負荷の高い化合物の生成がほとんどない。また、このエポキシ樹脂の分解方法を用いることによって、低コストで、大気圧、室温下などの温和な条件でもエポキシ樹脂を含む材料からエポキシ樹脂以外の成分を回収することができる。 The epoxy resin decomposition method according to this embodiment allows epoxy resin to be decomposed at low cost under mild conditions such as atmospheric pressure and room temperature. This method produces almost no compounds that have a high environmental impact. In addition, by using this epoxy resin decomposition method, components other than epoxy resin can be recovered from materials containing epoxy resin at low cost under mild conditions such as atmospheric pressure and room temperature.

エポキシ樹脂を含む材料としては、特に制限はないが、例えば、電気部品、IC封止剤、プリント配線基板などの電子部品、炭素繊維複合材料、水素タンク、塗料などの自動車部品、航空機機体、接着剤などが挙げられる。 Materials containing epoxy resins are not particularly limited, but examples include electronic components such as electrical parts, IC sealants, and printed wiring boards, carbon fiber composite materials, hydrogen tanks, automotive parts such as paints, aircraft fuselages, and adhesives.

<炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法>
本実施形態に係る炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法は、上記エポキシ樹脂の分解方法を用いて、炭素繊維複合材料から炭素繊維を回収する方法である。本方法では、炭素繊維複合材料を酸性溶液で処理して、炭素繊維複合材料に含まれるエポキシ樹脂に酸性官能基を導入する第1の工程と、金属イオンを含む溶液で処理して、酸性官能基の金属塩を形成する第2の工程と、過酸化水素で処理して、酸性官能基の金属塩が導入されたエポキシ樹脂の分解を行う第3の工程と、を含み、第1の工程で用いる酸性溶液として、硫酸、リン酸、硝酸、および塩酸のうちの少なくとも1つを用い、第2の工程で用いる金属イオンを含む溶液として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属の金属塩のうちの少なくとも1つを含む溶液を用いる方法である。
<Method for recovering carbon fibers from carbon fiber composite material>
The method for recovering carbon fibers from a carbon fiber composite material according to this embodiment is a method for recovering carbon fibers from a carbon fiber composite material using the above-mentioned epoxy resin decomposition method. This method includes a first step of treating the carbon fiber composite material with an acidic solution to introduce an acidic functional group into the epoxy resin contained in the carbon fiber composite material, a second step of treating the carbon fiber composite material with a solution containing metal ions to form a metal salt of the acidic functional group, and a third step of treating the carbon fiber composite material with hydrogen peroxide to decompose the epoxy resin into which the metal salt of the acidic functional group has been introduced, in which at least one of sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, and hydrochloric acid is used as the acidic solution used in the first step, and at least one of metal salts of alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals is used as the solution containing metal ions used in the second step.

図1に本実施形態に係る炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法の手順の一例を示す。 Figure 1 shows an example of the procedure for recovering carbon fibers from a carbon fiber composite material according to this embodiment.

例えば、まず、炭素繊維複合材料(CFRP)を酸性溶液で処理して、炭素繊維複合材料に含まれるエポキシ樹脂に酸性官能基を導入する(第1の工程:酸性官能基導入)。第1の工程において、反応後に例えば、水、有機溶媒などを用いて浸漬、噴霧などの方法によって洗浄してもよい。 For example, first, a carbon fiber composite material (CFRP) is treated with an acidic solution to introduce acidic functional groups into the epoxy resin contained in the carbon fiber composite material (first step: introduction of acidic functional groups). After the reaction in the first step, the material may be washed by, for example, immersion or spraying with water or an organic solvent.

次に、金属イオンを含む溶液で処理して、第1の工程でエポキシ樹脂に導入された酸性官能基の金属塩を形成する(第2の工程:金属置換)。第2の工程において、反応後に例えば、水、有機溶媒などを用いて浸漬、噴霧などの方法によって洗浄してもよい。 Then, the epoxy resin is treated with a solution containing metal ions to form a metal salt of the acidic functional group introduced into the epoxy resin in the first step (second step: metal substitution). In the second step, after the reaction, the resin may be washed by, for example, immersion or spraying with water or an organic solvent.

次に、過酸化水素で処理して、第1の工程、第2の工程で酸性官能基の金属塩が導入されたエポキシ樹脂の分解を行う(第3の工程:過酸化水素分解)。第3の工程において、反応後に例えば、水、有機溶媒などを用いて浸漬、噴霧などの方法によって洗浄して、炭素繊維を回収することができる。 Next, the epoxy resin into which the metal salt of the acidic functional group has been introduced in the first and second steps is decomposed by treatment with hydrogen peroxide (third step: hydrogen peroxide decomposition). In the third step, after the reaction, the carbon fibers can be recovered by washing using methods such as immersion or spraying with water or an organic solvent.

炭素繊維複合材料としては、炭素繊維とエポキシ樹脂とを含む複合材料であればよく、特に制限はないが、例えば、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、炭素繊維以外のガラス繊維やアラミド繊維などを含むハイブリッド繊維強化プラスチックなどが挙げられる。 There are no particular limitations on the carbon fiber composite material, so long as it is a composite material containing carbon fiber and epoxy resin, but examples include carbon fiber reinforced plastic (CFRP) and hybrid fiber reinforced plastic containing glass fiber or aramid fiber other than carbon fiber.

本実施形態に係る炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法によって、低コストで、大気圧、室温下などの温和な条件でも炭素繊維複合材料から炭素繊維を回収することができる。本方法では、環境負荷の高い化合物の生成がほとんどない。 The method for recovering carbon fibers from carbon fiber composite materials according to this embodiment makes it possible to recover carbon fibers from carbon fiber composite materials at low cost and under mild conditions such as atmospheric pressure and room temperature. This method produces almost no compounds that have a high environmental impact.

本明細書は、以下の実施形態を含む。 This specification includes the following embodiments:

(1)酸性溶液で処理して、エポキシ樹脂に酸性官能基を導入する第1の工程と、
金属イオンを含む溶液で処理して、前記酸性官能基の金属塩を形成する第2の工程と、
過酸化水素で処理して、前記酸性官能基の金属塩が導入されたエポキシ樹脂の分解を行う第3の工程と、
を含み、
前記第1の工程で用いる前記酸性溶液として、硫酸、リン酸、硝酸、および塩酸のうちの少なくとも1つを用い、
前記第2の工程で用いる前記金属イオンを含む溶液として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属の金属塩のうちの少なくとも1つを含む溶液を用いる、エポキシ樹脂の分解方法。
(1) a first step of introducing acidic functional groups into an epoxy resin by treating with an acidic solution;
a second step of treating with a solution containing metal ions to form a metal salt of the acidic functional group;
a third step of treating with hydrogen peroxide to decompose the epoxy resin into which the metal salt of the acidic functional group has been introduced;
Including,
The acid solution used in the first step is at least one of sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, and hydrochloric acid;
The method for decomposing an epoxy resin, wherein the solution containing metal ions used in the second step is a solution containing at least one of a metal salt of an alkali metal, an alkaline earth metal, and a transition metal.

(2)(1)に記載のエポキシ樹脂の分解方法であって、
前記第1の工程で用いる前記酸性溶液として、硫酸を用いる、エポキシ樹脂の分解方法。
(2) A method for decomposing an epoxy resin according to (1), comprising the steps of:
A method for decomposing an epoxy resin, wherein sulfuric acid is used as the acidic solution used in the first step.

(3)(1)または(2)に記載のエポキシ樹脂の分解方法であって、
前記第2の工程で用いる前記金属イオンを含む溶液として、Fe(II)、Fe(III)、Cu(II)、およびLiのうちの少なくとも1つを含む溶液を用いる、エポキシ樹脂の分解方法。
(3) A method for decomposing an epoxy resin according to (1) or (2), comprising the steps of:
A method for decomposing an epoxy resin, wherein the solution containing metal ions used in the second step is a solution containing at least one of Fe(II), Fe(III), Cu(II), and Li.

(4)(1)~(3)のいずれか1つに記載のエポキシ樹脂の分解方法を用いて、炭素繊維複合材料から炭素繊維を回収する、炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法。 (4) A method for recovering carbon fibers from a carbon fiber composite material, comprising recovering carbon fibers from the carbon fiber composite material using the epoxy resin decomposition method described in any one of (1) to (3).

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[エポキシ樹脂の作製]
エポキシ基含有化合物(プレポリマー)としてビスフェノールF型エポキシ(三菱ケミカル製、エポキシ当量176g/eq)と、硬化剤として4,4-methylenebis(2,6-diethylaniline)(東京化成)と、を2:1(モル比)の割合で混合し、160℃の恒温槽内で2時間加熱して、直径約5mmの円板形状(おはじき状)のエポキシ樹脂を作製した。
[Preparation of epoxy resin]
Bisphenol F type epoxy (manufactured by Mitsubishi Chemical, epoxy equivalent 176 g/eq) as an epoxy group-containing compound (prepolymer) and 4,4-methylenebis(2,6-diethylaniline) (Tokyo Chemical Industry) as a curing agent were mixed in a molar ratio of 2:1 and heated in a constant temperature bath at 160°C for 2 hours to produce a disk-shaped (marble-shaped) epoxy resin with a diameter of approximately 5 mm.

<実施例1>
[エポキシ樹脂の酸性溶液処理]
98質量%濃硫酸1mLにエポキシ樹脂約50mgを浸漬し、室温(25℃)で12時間経過後、取り出して超純水で洗浄した。浸漬後のエポキシ樹脂の表面を赤外分光(IR)測定装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック製、iS20)で分析した。結果を図2に示す。図2の上段は、酸性溶液処理前、中段は、酸性溶液処理後、下段は、金属イオン含有溶液処理(金属塩処理)後のエポキシ樹脂のIRスペクトルを示す。
Example 1
[Acid solution treatment of epoxy resin]
Approximately 50 mg of epoxy resin was immersed in 1 mL of 98% concentrated sulfuric acid, and after 12 hours at room temperature (25°C), it was removed and washed with ultrapure water. The surface of the epoxy resin after immersion was analyzed using an infrared spectroscopy (IR) measurement device (iS20, manufactured by Thermo Fisher Scientific). The results are shown in Figure 2. The upper part of Figure 2 shows the IR spectrum of the epoxy resin before the acidic solution treatment, the middle part shows the IR spectrum after the acidic solution treatment, and the lower part shows the IR spectrum after the metal ion-containing solution treatment (metal salt treatment).

その結果、図2(中段)に示すように、1200cm-1、1100cm-1と1030cm-1付近にスルホン酸に特徴的なピークが検出されており、エポキシ樹脂の表面がスルホン酸化されていることがわかった。 As a result, as shown in FIG. 2 (middle), peaks characteristic of sulfonic acid were detected near 1200 cm -1 , 1100 cm -1 and 1030 cm -1 , indicating that the surface of the epoxy resin was sulfonated.

[エポキシ樹脂の金属イオン含有溶液処理]
10mg/mLの濃度で金属塩を溶解させた超純水1mLに酸性溶液処理したエポキシ樹脂を約50mg浸漬し、室温(25℃)で12時間経過後、取り出して超純水で洗浄した。金属塩として、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、フッ化セシウム、酢酸アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化リチウム、硫酸鉄(II)、硫酸鉄(III)、硫酸銅(II)、硫酸アルミニウム、トリフルオロ酢酸銀、硝酸亜鉛をそれぞれ用いた。結果を図3に示す。
[Treatment of epoxy resin with metal ion-containing solution]
Approximately 50 mg of epoxy resin treated with an acid solution was immersed in 1 mL of ultrapure water in which a metal salt was dissolved at a concentration of 10 mg/mL, and after 12 hours at room temperature (25°C), it was taken out and washed with ultrapure water. As the metal salts, potassium hydroxide, sodium hydroxide, cesium fluoride, ammonium acetate, calcium chloride, magnesium chloride, lithium chloride, iron (II) sulfate, iron (III) sulfate, copper (II) sulfate, aluminum sulfate, silver trifluoroacetate, and zinc nitrate were used. The results are shown in Figure 3.

浸漬後のエポキシ樹脂表面をIR法で分析した結果、図3に示すように、いずれの試料もスルホン酸塩に変換されていることがわかった。スルホン酸とスルホン酸塩の判別は、IRスペクトルの3500~1500cm-1のベースラインの上昇の有無で行った。スルホン酸はベースラインの上昇が見られ、スルホン酸塩はベースラインの上昇は見られない(図2の中段と下段参照)。 After immersion, the epoxy resin surface was analyzed by IR, and it was found that all samples were converted to sulfonates, as shown in Figure 3. Sulfonic acid and sulfonate salts were distinguished by the presence or absence of an increase in the baseline at 3500-1500 cm -1 in the IR spectrum. Sulfonic acid shows an increase in the baseline, while sulfonate salts do not show an increase in the baseline (see the middle and bottom rows of Figure 2).

[過酸化水素処理]
スルホン酸塩に変換されたエポキシ樹脂約50mgを30質量%過酸化水素水溶液5mL中に浸漬し、80℃で20分間加熱した。加熱後のエポキシ樹脂の表面をIR法で分析し、エポキシ樹脂の分解の有無を調べた。分解可否の判別は、IRスペクトルの1500cm-1と750cm-1付近のピークの有無で行った。スルホン酸化されたエポキシ樹脂の分解が起きていれば、内部の正常なエポキシ樹脂由来の1500cm-1と750cm-1付近のピークが出現するはずである。結果を図4に示す。
[Hydrogen peroxide treatment]
Approximately 50 mg of the epoxy resin converted into the sulfonate salt was immersed in 5 mL of a 30% by mass aqueous solution of hydrogen peroxide and heated at 80°C for 20 minutes. The surface of the epoxy resin after heating was analyzed by IR to check for decomposition of the epoxy resin. Decomposition was determined based on the presence or absence of peaks near 1500 cm -1 and 750 cm -1 in the IR spectrum. If decomposition of the sulfonated epoxy resin had occurred, peaks near 1500 cm -1 and 750 cm -1 originating from the normal epoxy resin inside should appear. The results are shown in Figure 4.

図4に示すように、特に金属としてLi、Fe(II)、Fe(III)、Cuを用いた場合にエポキシ樹脂由来のピークが出現し、それぞれ、2.4mass%、3.6mass%、4.0mass%、2.0mass%の重量減少が見られたことから、エポキシ樹脂が分解されていることがわかった。 As shown in Figure 4, peaks derived from the epoxy resin appeared when Li, Fe(II), Fe(III), and Cu were used as metals, and weight losses of 2.4 mass%, 3.6 mass%, 4.0 mass%, and 2.0 mass%, respectively, were observed, indicating that the epoxy resin was decomposed.

<実施例2>
[分解条件の短時間化の検討]
最も分解効果が高かった硫酸鉄(II)を金属イオン含有溶液として用いて、水溶液の濃度と温度、浸漬時間を変えて「金属イオン含有溶液処理」を行った。その後、温度を変えて「過酸化水素処理」を行った。検討した条件と結果を表1、表2に、エポキシ樹脂のIRスペクトルの一例として、25℃の条件で過酸化水素処理を行った結果を図5に示す。表1、表2において、「〇」は「分解」、「×」は「分解せず」を示す。
Example 2
[Investigation of shortening the decomposition time]
Iron (II) sulfate, which had the greatest decomposition effect, was used as the metal ion-containing solution, and a "metal ion-containing solution treatment" was performed by varying the concentration, temperature, and immersion time of the aqueous solution. Then, a "hydrogen peroxide treatment" was performed by changing the temperature. The examined conditions and results are shown in Tables 1 and 2, and the results of the hydrogen peroxide treatment at 25°C are shown in Figure 5 as an example of the IR spectrum of an epoxy resin. In Tables 1 and 2, "◯" indicates "decomposition" and "×" indicates "not decomposed."

Figure 0007641310000001
Figure 0007641310000001

Figure 0007641310000002
Figure 0007641310000002

80mg/mLの硫酸鉄(II)水溶液に30秒間浸漬し、25℃の30%過酸化水素で30秒間分解することによって、最も早く、低温で分解できることがわかった。 It was found that the fastest decomposition at a low temperature was achieved by immersing the material in an 80 mg/mL aqueous solution of iron (II) sulfate for 30 seconds and then decomposing it in 30% hydrogen peroxide at 25°C for 30 seconds.

<比較例1,2>
[先行技術との比較実験]
同じ条件で「酸性溶液処理」したエポキシ樹脂を過酸化水素水溶液(比較例1)およびフェントン試薬(過酸化水素水溶液+硫酸鉄水溶液)(比較例2)で分解する実験を行った(いずれの実験も30質量%過酸化水素水溶液を用いて、室温(25℃)で実験を行った)。処理後のエポキシ樹脂の表面をIR法で分析し、分解の有無を調べた。過酸化水素水溶液での実験結果を図6に、フェントン試薬での実験結果を図7に示す。
<Comparative Examples 1 and 2>
[Comparative experiment with prior art]
Experiments were conducted to decompose epoxy resins that had been "treated with an acidic solution" under the same conditions using an aqueous hydrogen peroxide solution (Comparative Example 1) and a Fenton's reagent (aqueous hydrogen peroxide solution + aqueous iron sulfate solution) (Comparative Example 2) (both experiments were conducted at room temperature (25°C) using a 30% by mass aqueous hydrogen peroxide solution). The surface of the treated epoxy resin was analyzed by IR to check for decomposition. The results of the experiment using the aqueous hydrogen peroxide solution are shown in Figure 6, and the results of the experiment using the Fenton's reagent are shown in Figure 7.

いずれの試薬を用いた場合でも、1時間経過後の試料においてもエポキシ樹脂の分解は確認されなかった。 Regardless of which reagent was used, no decomposition of the epoxy resin was observed in the samples after one hour.

この結果から、エポキシ樹脂の分解には、過酸化水素と金属イオンの共存が必要であることがわかった。また、酸性溶液処理によってエポキシ樹脂に形成された酸性官能基と金属が金属塩の状態で存在することによって、エポキシ樹脂の分解が速く、低温で達成されることがわかった。 These results show that the coexistence of hydrogen peroxide and metal ions is necessary for the decomposition of epoxy resin. In addition, it was found that the decomposition of epoxy resin is achieved quickly and at low temperatures by the presence of acidic functional groups formed in the epoxy resin by treatment with an acidic solution and metals in the form of metal salts.

<実施例3>
[CFRPの作製]
炭素繊維束にビスフェノール型エポキシ基含有化合物とアミン系硬化剤とを含むエポキシ樹脂未硬化物を含浸させた。170℃の恒温槽内で2時間加熱して、エポキシ樹脂分率25質量%のCFRPを作製した。
Example 3
[Preparation of CFRP]
The carbon fiber bundle was impregnated with an uncured epoxy resin containing a bisphenol-type epoxy group-containing compound and an amine-based curing agent, and heated in a thermostatic chamber at 170° C. for 2 hours to produce a CFRP with an epoxy resin fraction of 25% by mass.

[CFRPの分解]
98質量%濃硫酸100mLに上記で得られたCFRP約600mgを浸漬し、140℃で30秒経過後、取り出して超純水で洗浄した。
[Decomposition of CFRP]
About 600 mg of the CFRP obtained above was immersed in 100 mL of 98% by mass concentrated sulfuric acid, and after standing at 140° C. for 30 seconds, it was taken out and washed with ultrapure water.

80mg/mLの濃度で金属塩を溶解させた超純水5mLに酸性溶液処理したCFRPを約25mg浸漬し、室温(25℃)で1分間経過後、取り出して超純水で洗浄した。 Approximately 25 mg of the acid solution-treated CFRP was immersed in 5 mL of ultrapure water in which metal salts were dissolved at a concentration of 80 mg/mL, and after leaving it at room temperature (25°C) for 1 minute, it was removed and washed with ultrapure water.

スルホン酸塩に変換されたCFRP約25mgを30質量%過酸化水素水溶液5mL中に浸漬し、室温(25℃)で1分間経過後、取り出して超純水で洗浄した。分解後のCFRPを熱重量示差熱分析装置(リガク製、TG8120)を用いて熱重量分析を行い、600℃まで加熱した際の重量減少分からエポキシ樹脂の分解の有無を調べた結果を図8に示す。 Approximately 25 mg of CFRP converted to sulfonate was immersed in 5 mL of 30% by weight aqueous hydrogen peroxide solution, and after 1 minute at room temperature (25°C), it was removed and washed with ultrapure water. The decomposed CFRP was subjected to thermogravimetric analysis using a thermogravimetric differential thermal analyzer (TG8120, manufactured by Rigaku), and the presence or absence of decomposition of the epoxy resin was examined from the weight loss when heated to 600°C. The results are shown in Figure 8.

600℃まで加熱した際の分解後のCFRPの重量減少量は1.2重量%であり、分解前の25重量%よりも小さかった。この結果より、CFRP中のエポキシ樹脂の分解が確認できた。 When heated to 600°C, the weight loss of the CFRP after decomposition was 1.2% by weight, which was smaller than the 25% by weight before decomposition. This result confirmed the decomposition of the epoxy resin in the CFRP.

以上の通り、実施例では、低コストで、大気圧、室温下などの温和な条件でもエポキシ樹脂を分解することができた。また、環境負荷の高い化合物の生成はほとんどなかった。 As described above, in the examples, epoxy resin was decomposed at low cost under mild conditions such as atmospheric pressure and room temperature. In addition, there was almost no generation of compounds that have a high environmental impact.

Claims (4)

酸性溶液で処理して、エポキシ樹脂に酸性官能基を導入する第1の工程と、
金属イオンを含む溶液で処理して、前記酸性官能基の金属塩を形成する第2の工程と、
過酸化水素で処理して、前記酸性官能基の金属塩が導入されたエポキシ樹脂の分解を行う第3の工程と、
を含み、
前記第1の工程で用いる前記酸性溶液として、硫酸、リン酸、硝酸、および塩酸のうちの少なくとも1つを用い、
前記第2の工程で用いる前記金属イオンを含む溶液として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属の金属塩のうちの少なくとも1つを含む溶液を用いることを特徴とするエポキシ樹脂の分解方法。
A first step of introducing acidic functional groups into an epoxy resin by treating with an acidic solution;
a second step of treating with a solution containing metal ions to form a metal salt of the acidic functional group;
a third step of treating with hydrogen peroxide to decompose the epoxy resin into which the metal salt of the acidic functional group has been introduced;
Including,
The acid solution used in the first step is at least one of sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, and hydrochloric acid;
A method for decomposing an epoxy resin, comprising the steps of: using a solution containing at least one of a metal salt of an alkali metal, an alkaline earth metal, and a transition metal as the solution containing metal ions used in the second step.
請求項1に記載のエポキシ樹脂の分解方法であって、
前記第1の工程で用いる前記酸性溶液として、硫酸を用いることを特徴とするエポキシ樹脂の分解方法。
The method for decomposing an epoxy resin according to claim 1,
Epoxy resin decomposition method, characterized in that sulfuric acid is used as the acidic solution used in the first step.
請求項1に記載のエポキシ樹脂の分解方法であって、
前記第2の工程で用いる前記金属イオンを含む溶液として、Fe(II)、Fe(III)、Cu(II)、およびLiのうちの少なくとも1つを含む溶液を用いることを特徴とするエポキシ樹脂の分解方法。
The method for decomposing an epoxy resin according to claim 1,
A method for decomposing an epoxy resin, comprising the steps of: using a solution containing at least one of Fe(II), Fe(III), Cu(II), and Li as the solution containing metal ions used in the second step.
請求項1~3のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂の分解方法を用いて、炭素繊維複合材料から炭素繊維を回収することを特徴とする炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法。 A method for recovering carbon fibers from a carbon fiber composite material, comprising recovering carbon fibers from the carbon fiber composite material using the epoxy resin decomposition method according to any one of claims 1 to 3.
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