اخبار – رزین های اپوکسی پلیمرهای قوی و همه کاره هستند. ترکیب با شیشه یا فیبر کربن، به عنوان مثال، برای تولید قطعات هواپیما، اتومبیل، قطار، کشتی و توربین های بادی استفاده می شود. چنین پلیمرهای اپوکسی تقویت شده با الیاف دارای خواص مکانیکی و حرارتی عالی هستند و بسیار سبک تر از فلز هستند. نقطه ضعف آنها: آنها قابل بازیافت نیستند – حداقل هنوز.
اکنون محققان Empa به سرپرستی Sabyasachi Gaan در آزمایشگاه الیاف پیشرفته Empa، پلاستیکی بر پایه اپوکسی ساخته‌اند که کاملاً قابل بازیافت، قابل تعمیر و همچنین مقاوم در برابر شعله است – در حالی که خواص حرارتی مکانیکی مطلوب اپوکسی‌ها را حفظ می‌کند. آنها یافته های خود را در مجله مهندسی شیمی.
بازیافت اپوکسی ها چیزی جز پیش پا افتاده نیست زیرا این پلاستیک ها به اصطلاح گرماسخت هستند. در این نوع پلیمر، زنجیره های پلیمری به طور محکم به هم متصل می شوند. این پیوندهای شیمیایی ذوب را غیرممکن می کند. پس از سفت شدن پلاستیک، دیگر نمی توان آن را دوباره قالب بندی کرد.
این مورد در مورد ترموپلاستیک ها مانند PET یا پلی اولفین ها صدق نمی کند. زنجیره های پلیمری آنها نزدیک به هم قرار دارند اما از نظر شیمیایی به یکدیگر پیوند ندارند. زمانی که این پلیمرها گرم می شوند، می توانند ذوب شده و به شکل های جدید در بیایند. با این حال، به دلیل عدم وجود اتصالات متقاطع، خواص مکانیکی آنها در دماهای بالا معمولاً به خوبی ترموست ها نیست.
نوع جدیدی از پلیمر
رزین اپوکسی منحصربه‌فرد که محققان Empa با همکاری شرکای ملی و بین‌المللی توسعه داده‌اند، از نظر فنی ترموست است – اما بر خلاف سایر مواد ترموست، می‌توان آن را به عنوان یک ترموپلاستیک دوباره قالب‌بندی کرد. نکته کلیدی، افزودن یک مولکول عملکردی بسیار ویژه از کلاس استر فسفونات به ماتریس رزین جدید است. ونیو وو کلینگلر، یکی از مخترعان این فناوری و دانشمند Empa، می گوید: «ما در ابتدا این مولکول را به عنوان یک ضد شعله سنتز کردیم. با این حال، پیوندی که مولکول با زنجیره های پلیمری رزین اپوکسی ایجاد می کند، دینامیک است و تحت شرایط خاصی می تواند شکسته شود. این باعث شل شدن اتصالات عرضی زنجیره های پلیمری می شود تا بتوان آنها را ذوب و اصلاح کرد.
چنین موادی که به عنوان ویتریمرها نیز شناخته می‌شوند، تنها حدود ده سال است که شناخته شده‌اند و به‌ویژه امیدوارکننده در نظر گرفته می‌شوند. وو کلینگلر توضیح می‌دهد: «امروزه، کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف را نمی‌توان بازیافت کرد، مگر در شرایط بسیار شدید که به الیاف بازیافت‌شده آسیب می‌رساند». هنگامی که آنها به پایان عمر مفید خود می رسند، سوزانده می شوند یا در محل های دفن زباله دفع می شوند. با پلاستیک ما، برای اولین بار امکان بازگرداندن آنها به گردش عمومی وجود دارد.”
Sabyasachi Gaan، رهبر گروه، می‌افزاید: «چشم‌انداز ما برای آینده، ماده‌ای کامپوزیتی است که در آن می‌توان الیاف و ماتریس پلاستیکی را کاملاً جدا کرد و مجدداً مورد استفاده قرار داد.» محقق فرصتی را به‌ویژه در الیاف پلاستیکی تقویت‌شده با کربن می‌بیند. زیرا معمولاً در ساخت هواپیما، قطار، قایق، اتومبیل، دوچرخه و غیره استفاده می شود. او توضیح می دهد: «تولید فیبر کربن به انرژی زیادی نیاز دارد و مقدار زیادی CO2 آزاد می کند. “اگر ما بتوانیم آنها را بازیافت کنیم، ردپای محیطی آنها بسیار بهتر خواهد بود – و هزینه بسیار کمتر.” همچنین می توان عناصر ارزشمندی مانند فسفر متصل به پلیمر ماتریکس را بازیابی کرد.
مواد ساخته شده به اندازه
کامپوزیت های تقویت شده با الیاف تنها کاربرد پلیمر جدید نیستند. به عنوان مثال، می توان از آن برای پوشاندن کفپوش های چوبی به عنوان یک لایه شفاف و مقاوم استفاده کرد که خاصیت ضد شعله خوبی دارد – و در جایی که خراش ها و فرورفتگی ها را می توان با کمی فشار و گرما “درمان” کرد.
Gaan توضیح می دهد: “ما یک ماده واحد را برای یک هدف خاص توسعه ندادیم، بلکه مجموعه ای از ابزارها را توسعه دادیم.” «تأخیر در سوختگی، قابلیت بازیافت و تعمیر پذیری یک امر مسلم است. ما می‌توانیم همه ویژگی‌های دیگر را بسته به کاربرد مورد نظر بهینه کنیم. به عنوان مثال، او می‌گوید، ویژگی‌های جریان به‌ویژه برای تولید پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف مهم هستند، در حالی که پوشش‌های چوبی بیرونی نیز باید در برابر آب و هوا مقاوم باشند.
برای پیگیری این موارد و دیگر کاربردهای این ماده، محققان اکنون به دنبال شرکای صنعتی هستند. شانس موفقیت تجاری خوب است: پلیمر اپوکسی اصلاح شده علاوه بر تمام خواص مفید دیگر، ارزان و آسان است.
نشست مواد پلیمری بازدارنده آتش اروپا 2023
آزمایشگاه الیاف پیشرفته Empa، که Sabyasachi Gaan و Wenyu Wu Klingler اعضای آن هستند، به مدت 15 سال است که مواد بازدارنده شعله را برای منسوجات، پلاستیک و چوب توسعه داده است. در تاریخ 26 تا 29 جولای، این آزمایشگاه با موفقیت میزبان نشست پلیمرهای بازدارنده شعله اروپا (FRPM) 2023 در آکادمی امپا بود که 250 متخصص از دانشگاه و صنعت را برای ارائه ها و بحث های بین رشته ای گرد هم می آورد. این پروژه نیز در این همایش ارائه شد.
