Новый материал не только поддается переработке и повторному использованию, но и обладает огнестойкостью и устойчивостью к износу, что делает его пригодным для промышленного применения — от лаков и клеев до деталей самолетов и лопастей ветряных турбин.
Эпоксидная смола относится к группе так называемых термореактивных полимеров. В них длинные молекулярные цепи сшиты таким образом, что после первоначального отверждения материал невозможно снова расплавить. «Сегодня у нас есть только два варианта утилизации эпоксидной смолы: сжигание или захоронение на свалках», — объясняет специалист лаборатории перспективных волокон в Санкт-Галлене Арвинд Секар.
Несмотря на это, эпоксидная смола широко используется — как в чистом виде для покрытий и клеев, так и в составе армированных волокном композитов. В частности, именно эпоксидная смола в сочетании с углеродными или стеклянными волокнами применяется в авиации, автомобилестроении, спортивном инвентаре и ветряных турбинах.
Теперь команде швейцарского исследовательского института Empa удалось разработать перерабатываемую эпоксидную смолу. Секрет кроется в химии, а точнее — в фосфоре. «Добавки на основе фосфора иногда используются как антипирены — компоненты, делающие материал огнеупорным», — рассказывает Секар. Специалисты Empa пошли дальше: они добавляют в смолу перед отверждением фосфорсодержащий полимер, который вступает в реакцию с эпоксидом. При этом огнезащитный эффект фосфора сохраняется, так же как и механические свойства смолы.
Благодаря фосфорному полимеру поперечные связи между цепями в уже затвердевшей эпоксидной смоле при нагревании могут снова перестраиваться. Это значит, что после использования материал можно просто измельчить в порошок и спрессовать в новую форму при нагреве — это так называемая термомеханическая переработка. «Мы провели десять таких циклов переработки, и механическая прочность эпоксидной смолы после них практически не снизилась», — отмечает Секар.
Но что делать, если эпоксидка входит в состав композита с волокнами и ее нельзя просто измельчить? Новый материал справляется и с этим: помимо термомеханической переработки, его можно химически растворить, что позволяет извлекать волокна без существенных повреждений — шаг, который раньше был практически невозможен. «Помимо волокон, мы можем извлечь более 90% эпоксидной смолы и фосфора», — добавляет Секар, отмечая при этом, что химическая переработка требует много энергии и растворителей, поэтому должна оставаться крайней мерой.
Разработчики уже усовершенствовали производственный процесс для промышленного масштабирования и ищут партнеров для коммерциализации. Первыми областями применения эпоксидки будущего могут стать покрытия и клеи для ветряных турбин — новый материал существенно повысит их пожарную безопасность и облегчит ремонт.
Ранее ученые создали инновационные пластмассы: они сохраняют прочность при использовании, но при необходимости быстро разлагаются.
