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[交流] 马松琪研究员为你详细讲解易回收热固性树脂的设计合成及结构性能研究

关于热固性树脂 ·

热固性树脂具有优异的机械性能、热学性能、尺寸稳定性、加工性能以及化学稳定性等，是轻量化汽车、航天航空器、风电、太阳能电池、电子电器等关键结构材料之一。按类型可分为：环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、热固性聚氨酯、双马来酰亚胺树脂、热固性聚酰亚胺、苯并噁嗪、氰酸酯等。

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热固性树脂的应用，图片来源安徽新远

热固性树脂的市场 ·

1.市场规模

在2020-2025年间复合年增长率为4.6％的情况下，预计到2025年，热固性树脂市场规模将达到380亿美元。此外，在预测期内，诸如减少航空航天和运输的重量需求以及对热稳定和耐腐蚀部件的需求增加等因素预计将极大地推动热固性树脂市场。

航空航天和国防工业在2019年占热固性树脂市场的最大份额，并且以5.14％的复合年增长率增长，是由于在航空航天和国防制造业中越来越多地使用热固性树脂。

2.市场驱动力

不断增长的风力发电行业
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图片来源：金风科技

由于能源需求的急剧增加，常规能源正在迅速消耗。因此，扩展和利用诸如风能的可再生能源的需求正在增长。热固性树脂（例如环氧树脂和乙烯基树脂）被广泛用于制造更长，更耐用的复合风力涡轮机叶片和翼梁盖。因此，越来越多的风电采用率领着整个国家走向自给自足和能源独立，此外还促进了热固性树脂市场的发展。

增加的汽车产量
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图片来源：阿斯顿马丁

热固性树脂在汽车工业中被广泛用于制造汽车部件，例如泵零件，皮带轮，活塞，碳刷架，电气终板，车轮，面板，真空泵，水泵壳体，踏板和电气密封。用热固性树脂制成的复合材料可以比铝轻30-40％，并具有很高的耐热性和抗疲劳性，预计在预测期内将增加对热固性树脂的需求。根据国际贸易管理局（ITA）的数据，中国预计到2025年汽车产量将达到3500万辆。

3.市场格局

热固性树脂市场的主要参与者是：AEP工业，帝人化学（Teijin Chemicals），杜邦公司（DuPont Corporation），美国包装公司（American Packaging Corporation），北美管道公司（North American Pipe Corporation），陶氏化学公司（The Dow Chemical Company），信实工业有限公司（Reliance Industries Ltd.,），沙特卡扬石油化工公司（Saudi Kayan Petrochemical Co），国家石化公司（National Petrochemical Company）和盖尔公司（GAIL）。

热固性树脂目前的挑战·

环境问题对热固性树脂市场构成了重大挑战，因为热固性树脂无法进行再加工和回收，也不能自然分解。在许多应用中，热固性材料是不溶、不熔的高度交联网络，因此是长期使用的选择材料。由于其技术难度，热固性树脂的再循环被认为是亟待解决的问题之一。近年来，热固性树脂和复合材料产量的增加极大地增加了废料的数量。

中国的高分子材料年产量约1.4亿吨，约占全球1/3，其废弃后填埋、焚烧或丢弃已导致严重环境污染和资源浪费。特别是热固性树脂被公认最难回收利用，目前比较有效的方法是通过热化学或溶剂解使其从高分子转变为小分子产物，但存在反应选择性差、产物复杂难分离和附加价值低等问题。因此，发展高效回收循环利用新技术迫在眉睫。

解决方案 ·

基于可逆共价键发展易回收（降解回收与重塑回收）热固性树脂，具有节约资源和保护环境双重功效，是高分子领域重要发展方向之一。

然而易回收热固性树脂普遍存在热/力学性能低、易蠕变、耐水性差等问题，远不能满足结构材料应用要求。针对易蠕变问题，中科院宁波材料所马松琪研究员团队从可逆共价化学创新出发，提出了高交换活化能动态键策略，创制了缩醛类新型可重塑热固性树脂体系。进一步从动态共价结构创新出发，提出了刚性疏水易可逆共价结构策略解决热/力学性能低、耐水性差等问题，将缩醛设计为苯联环缩醛。最后，制备了系列易回收碳纤维复合材料，实现了温和条件下碳纤维高品质回收，验证了其在碳纤维复合材料中应用的可行性。
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为了更好的了解易回收热固性树脂的设计合成及结构性能， “2021绿色复合材料论坛”特诚邀中科院宁波材料所马松琪研究员莅临本次大会，分享《易回收热固性树脂的设计合成及结构性能研究》的主题报告。
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