新型环氧树脂阻燃并减少浪费
环氧树脂是坚韧且用途广泛的聚合物。例如，它们与玻璃纤维或碳纤维结合用于制造飞机、汽车、火车、船舶和风力涡轮机的部件。这种环氧基纤维增强聚合物具有优异的机械和热性能，并且比金属轻得多。它们的弱点是：它们不可回收——至少目前还不能。
现在，由 Empa 先进纤维实验室的 Sabyasachi Gaan 领导的 Empa 研究人员开发了一种基于环氧树脂的塑料，该塑料完全可回收、可修复且具有阻燃性，同时保留了环氧树脂良好的热机械性能。他们已在《化学工程杂志》上发表了他们的研究结果。
回收环氧树脂绝非易事，因为这些塑料是所谓的热固性塑料。在这种类型的聚合物中，聚合物链紧密交联。这些化学交联使得熔化变得不可能。一旦塑料硬化，就无法再塑形。
对于 PET 或聚烯烃等热塑性塑料来说，情况并非如此。它们的聚合物链紧密相连，但彼此之间没有化学连接。加热时，这些聚合物可以熔化并形成新的形状。然而，由于缺乏交联，它们在高温下的机械性能通常不如热固性材料。
一种新型聚合物
Empa 研究人员与国内和国际合作伙伴合作开发的独特环氧树脂从技术上讲是一种热固性树脂，但与其他热固性材料不同，它可以像热塑性塑料一样重塑。关键是将膦酸酯类中非常特殊的功能分子添加到新的树脂基质中。这项技术的共同发明者、Empa 科学家 Wenyu Wu Klinger 表示：“我们最初合成这种分子是作为阻燃剂。” 然而，分子与环氧树脂聚合物链形成的键是动态的，在某些条件下可能会断裂。这会松开聚合物链的交联，以便它们可以熔化和重塑。
这种材料也被称为玻璃体，人们只知道了大约十年，并且被认为特别有前途。“如今，纤维增强复合材料根本不可回收，除非在非常恶劣的条件下，这会损坏回收的纤维，”吴克林勒解释道。“一旦它们达到使用寿命，它们就会被焚烧或扔进垃圾填埋场。有了我们的塑料，它们将首次有可能重新回到流通领域。”
“我们对未来的愿景，”小组负责人 Sabyasachi Gaan 补充道，“是一种复合材料，其中纤维和塑料基质都可以完全分离并重复使用。” 研究人员特别看到了碳纤维增强塑料的机会，因为它们通常用于制造飞机、火车、轮船、汽车、自行车等。“碳纤维的生产需要大量能源并释放大量CO 2，”他解释道。“如果我们能够回收它们，它们的环境足迹将会好得多，而且价格也会低得多。” 此外，还可以回收与基质聚合物相连的有价值的元素，例如磷。
量身定制的材料
纤维增强复合材料并不是这种新型聚合物的唯一应用。例如，它可以用于涂覆木地板，作为具有良好阻燃性能的透明、耐磨层，并且只需一点压力和热量就可以“治愈”划痕和凹痕。
“我们并不是为了特定目的而开发单一材料，而是开发一个工具箱，”Gaan 解释道。“阻燃性、可回收性和可修复性是给定的。我们可以根据预期用途优化所有其他性能。” 例如，他说，流动特性对于纤维增强塑料的生产特别重要，而外部木器涂料也应该具有耐候性。
为了追求该材料的这些和其他应用，研究人员现在正在寻找工业合作伙伴。商业成功的机会很大：除了所有其他有利性能外，改性环氧聚合物还便宜且易于制造。
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