瑞士研發(fā)新一代可回收環(huán)氧樹脂

全球涂料網(wǎng)訊：從瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（Empa）傳來有關(guān)環(huán)氧樹脂的最新科研消息，該實(shí)驗(yàn)室在完成環(huán)氧樹脂的阻燃功能和機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)技術(shù)之外，還研發(fā)環(huán)氧樹脂的可修復(fù)，并實(shí)現(xiàn)了環(huán)氧樹脂的可回收循環(huán)利用。 

環(huán)氧樹脂作為涂料的主要樹脂，被應(yīng)用于工業(yè)涂料和汽車涂料領(lǐng)域，因?yàn)槠渚哂斜热槟z漆和醇酸漆更好的耐熱效果。 

環(huán)氧樹脂是堅(jiān)韌且用途廣泛的聚合物材料。它們與玻璃纖維或碳纖維結(jié)合使用，例如用于制造飛機(jī)、汽車、火車、船舶和風(fēng)力渦輪機(jī)的部件。纖維掙錢的環(huán)氧聚合物材料具有優(yōu)異的機(jī)械和熱性能，并且比金屬輕得多。但是，它們的弱點(diǎn)是不可回收，目前位置并沒有出現(xiàn)可回收的環(huán)氧樹脂材料。

但是，現(xiàn)在由Empa高級纖維實(shí)驗(yàn)室的Sabyasachi Gaan領(lǐng)導(dǎo)，Empa研究人員開發(fā)了一種基于環(huán)氧樹脂的聚合物材料。這種材料完全可回收、可修復(fù)且具有阻燃性，同時(shí)保持了環(huán)氧樹脂良好的熱機(jī)械性能。他們在《化學(xué)工程雜志》上發(fā)表了該項(xiàng)科研成果。

回收環(huán)氧樹脂絕非易事，因?yàn)榄h(huán)氧樹脂是一種熱固性聚合物，這種類型的聚合物，聚合物鏈?zhǔn)蔷o密交聯(lián)的，這些化學(xué)交聯(lián)使熔化變得不可能。一旦材料硬化，就無法再進(jìn)行整形。

而對于熱塑性聚合物，例如PET或聚烯烴，情況并非如此。它們的聚合物鏈靠得很近，但彼此之間沒有化學(xué)連接。當(dāng)加熱時(shí)，這些聚合物可以熔化并形成新的形狀。然而，由于缺乏交聯(lián)，它們在高溫下的機(jī)械性能通常不如熱固性材料。

Empa與國際合作伙伴合作開發(fā)的獨(dú)特環(huán)氧樹脂在技術(shù)上是一種熱固性聚合物，但與其他熱固性樹脂不同，它可以像熱塑性聚合物一樣重塑。其關(guān)鍵是將膦酸酯類中一種非常特殊的功能分子添加到新的樹脂基體中。“我們最初合成這種分子作為阻燃劑，”這項(xiàng)技術(shù)的共同發(fā)明人、Empa科學(xué)家Wenyu Wu Klingler說。然而，分子與環(huán)氧樹脂的聚合物鏈形成的鍵是動(dòng)態(tài)的，并且在某些條件下可以斷裂。這放松了聚合物鏈的交聯(lián)，使得它們可以被熔化和重塑。

這種材料，也被稱為玻璃化聚合物，目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了10年左右，被認(rèn)為特別有前景�！叭缃�，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料根本不可回收，除非在非常惡劣的條件下，這會損壞回收的纖維，”Wenyu Wu Klingler解釋道。“一旦它們達(dá)到使用壽命，就會被焚燒或在垃圾填埋場處理。有了這種技術(shù)，它們將有可能首次重新進(jìn)入流通。”

“我們對未來的愿景，”小組組長Sabyasachi Gaan補(bǔ)充道，“是一種復(fù)合材料，其中纖維和樹脂基體都可以完全分離和重復(fù)使用�！毖芯咳藛T特別看到了碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧的機(jī)會，因?yàn)樗鼈兺ǔＳ糜陲w機(jī)、火車、船只、汽車、自行車等的制造。他解釋說：“碳纖維的生產(chǎn)需要大量的能源，并釋放出大量的二氧化碳。”。“如果我們能回收它們，它們的環(huán)境足跡會好得多，價(jià)格也會低得多。”此外，回收與基材聚合物（例如環(huán)氧樹脂）相連的磷等有價(jià)值的元素也是可能的。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料并不是這種新型聚合物的唯一應(yīng)用。例如，它可以用于生產(chǎn)木地板環(huán)氧涂料，作為一種透明、耐腐蝕的涂層，其又具有良好的阻燃性能，并且可以用少量的壓力和熱量“治愈”劃痕和凹痕。

Gaan解釋道：“我們沒有開發(fā)出一種特定用途的材料，而是打開了一個(gè)功能工具箱。阻燃性、可回收性和可修復(fù)性是既定的。我們可以根據(jù)預(yù)期用途優(yōu)化所有其他性能。”例如，他說，流動(dòng)特性對于纖維增強(qiáng)高環(huán)氧的生產(chǎn)尤為重要，而戶外木材涂料應(yīng)該具有耐候性，新型的環(huán)氧樹脂都可以定制實(shí)現(xiàn)。

為了追求這種材料的這些和其他應(yīng)用，研究人員現(xiàn)在正在尋找工業(yè)合作伙伴。Empa看好該材料的商業(yè)機(jī)會，除了所有其他有利的性能外，改性環(huán)氧聚合物也便宜且易于制造。