اپوکسی جدید مقاوم در برابر شعله با ضایعات کمتر

محققان امپا یک اپوکسی جدید مقاوم در برابر شعله با ضایعات کمتر توسعه داده‌اند. کاربردهای بالقوه این ماده از پوشش برای کفپوش‌های چوبی تا کامپوزیت‌ها در هوافضا و راه‌آهن را شامل می‌شود.

رزین‌های اپوکسی پلیمرهایی سخت و پرکاربرد هستند. در ترکیب با الیاف شیشه یا کربن، از آن‌ها برای برای ساخت قطعات هواپیما، خودرو، قطار، کشتی و توربین‌های بادی استفاده می‌شود. این پلیمرهای تقویت شده با الیاف و اپوکسی دارای خواص مکانیکی و حرارتی عالی و بسیار سبک‌تر از فلز هستند.

نقطه ضعف اپوکسی: آن‌ها – حداقل فعلا – غیر قابل بازیافتند.

اکنون محققان امپا به رهبری Sabyasachi Gaan در آزمایشگاه Advanced Fibers امپا، یک پلاستیک مبتنی بر رزین اپوکسی توسعه داده‌اند. این محصول کاملاً قابل بازیافت، قابل تعمیر و همچنین مقاوم در برابر شعله است .در عین حال این محصول، خواص ترمومکانیکی مطلوب رزین‌های اپوکسی را حفظ می‌کند.

آن‌ها یافته‌های خود را در مجله Chemical Engineering Journal منتشر کرده‌اند. بازیافت رزین‌های اپوکسی پیچیده است. زیرا این پلاستیک‌ها ترموست هستند. در این نوع پلیمر، زنجیره‌های پلیمر به شدت پیوند عرضی (crosslink) دارند. این پیوندهای عرضی شیمیایی ذوب شدن را غیرممکن می‌کند.

هنگامی که این پلاستیک سفت می‌شود، دیگر نمی‌توان آن را تغییر شکل داد. این مورد در مورد ترموپلاستیک‌های دیگر مانند PET یا پلی اولفین‌ها صادق نیست. در این مواد، اگرچه زنجیره‌های پلیمر آن‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند، اما از نظر شیمیایی به هم پیوند نمی‌خورند. به همین علت می‌توان آن‌ها با حرارت ذوب کرد و به آنها شکل داد. البته به دلیل نداشتن پیوند عرضی، خواص مکانیکی آن‌ها به خوبی ترموست‌ها نیست.

پلیمر نوین

رزین اپوکسی منحصربه‌فردی که محققان امپا در همکاری با شرکای ملی و بین‌المللی توسعه دادند، از نظر فنی یک ترموست است، اما برخلاف سایر ترموست‌ها، می‌توان آن را مانند یک ترموپلاست دوباره شکل داد. کلید این امر، اضافه کردن یک مولکول عملکردی بسیار خاص از کلاس استرهای فسفونات به ماتریس رزین جدید است.

افزودن مولکول عملکردی بسیار خاص از کلاس استرهای فسفونات به ماتریس رزین جدید

ون یو وو کلینگلر، دانشمند امپا و هم‌طراح این فناوری، می‌گوید: «ما در ابتدا این مولکول را به‌عنوان یک بازدارنده شعله سنتز کردیم». با این حال، پیوندی که مولکول با زنجیره‌های پلیمری رزین اپوکسی تشکیل می‌دهد، پویا است و می‌تواند تحت شرایط خاصی شکسته شود. این پیوند عرضی زنجیره‌های پلیمر را شل می‌کند به طوری که می‌توانید آن‌ها را ذوب کنید و دوباره به آن شکل بدهید.

این مواد که به عنوان ویترمر ( vitrimer) نیز شناخته می‌شوند، تنها حدود ده سال است که شناخته شدند وچشم اندازی امیدبخش دارند. وو کلینگلر توضیح می‌دهد: «امروزه کامپوزیت‌های اپوکسی-الیاف به هیچ وجه قابل بازیافت نیستند، مگر در شرایط بسیار سخت که به الیاف بازیافتی آسیب می‌رساند».

این کامپوزیت ها پس از اینکه به پایان عمر مفید خود می رسند، می سوزند یا در محل دفن زباله دفع می شوند. با پلاستیک ما، برای اولین بار می‌توان آن‌ها را دوباره به گردش درآورد.

سابیاگاچی گان، رهبر گروه، اضافه می‌کند: «چشم‌انداز ما، کامپوزیتی است که در آن هم الیاف و هم ماتریس پلاستیکی می‌توانند به طور کامل جدا شوند و دوباره مورد استفاده بشوند.». این محقق فرصتی را در پلاستیک‌های تقویتی با الیاف کربن می‌بیند. زیرا آنها در ساخت هواپیما، قطار، قایق، خودرو، دوچرخه و غیره بسیار کاربردی هستند.

او توضیح می‌دهد: «تولید الیاف کربن انرژی زیادی نیاز دارد و مقدار زیادی CO2 آزاد می‌کند. “اگر بتوانیم آنها را بازیافت کنیم، خصوصیات زیست محیطی آنها بسیار بهتر و قیمت آن بسیار پایین تر.” علاوه بر این، بازیابی عناصر با ارزش مانند فسفر که به پلیمر ماتریس متصل هستند، امکان پذیر است.

منبع: سایت www.phys.org