环氧树脂也可加热修复 瑞士研发新一代可回收环氧树脂

慧正资讯，从瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）传来有关环氧树脂的最新科研消息，该实验室在完成环氧树脂的阻燃功能和机械强度增强技术之外，还研发环氧树脂的可修复，并实现了环氧树脂的可回收循环利用。

环氧树脂作为涂料的主要树脂，被应用于工业涂料和汽车涂料领域，因为其具有比乳胶漆和醇酸漆更好的耐热效果。

环氧树脂是坚韧且用途广泛的聚合物材料。它们与玻璃纤维或碳纤维结合使用，例如用于制造飞机、汽车、火车、船舶和风力涡轮机的部件。纤维挣钱的环氧聚合物材料具有优异的机械和热性能，并且比金属轻得多。但是，它们的弱点是不可回收，目前位置并没有出现可回收的环氧树脂材料。

但是，现在由Empa高级纤维实验室的Sabyasachi Gaan领导，Empa研究人员开发了一种基于环氧树脂的聚合物材料。这种材料完全可回收、可修复且具有阻燃性，同时保持了环氧树脂良好的热机械性能。他们在《化学工程杂志》上发表了该项科研成果。

回收环氧树脂绝非易事，因为环氧树脂是一种热固性聚合物，这种类型的聚合物，聚合物链是紧密交联的，这些化学交联使熔化变得不可能。一旦材料硬化，就无法再进行整形。

而对于热塑性聚合物，例如PET或聚烯烃，情况并非如此。它们的聚合物链靠得很近，但彼此之间没有化学连接。当加热时，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。

Empa与国际合作伙伴合作开发的独特环氧树脂在技术上是一种热固性聚合物，但与其他热固性树脂不同，它可以像热塑性聚合物一样重塑。其关键是将膦酸酯类中一种非常特殊的功能分子添加到新的树脂基体中。“我们最初合成这种分子作为阻燃剂，”这项技术的共同发明人、Empa科学家Wenyu Wu Klingler说。然而，分子与环氧树脂的聚合物链形成的键是动态的，并且在某些条件下可以断裂。这放松了聚合物链的交联，使得它们可以被熔化和重塑。

这种材料，也被称为玻璃化聚合物，目前该项技术已经出现了10年左右，被认为特别有前景。“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，”Wenyu Wu Klingler解释道。“一旦它们达到使用寿命，就会被焚烧或在垃圾填埋场处理。有了这种技术，它们将有可能首次重新进入流通。”

“我们对未来的愿景，”小组组长Sabyasachi Gaan补充道，“是一种复合材料，其中纤维和树脂基体都可以完全分离和重复使用。”研究人员特别看到了碳纤维增强环氧的机会，因为它们通常用于飞机、火车、船只、汽车、自行车等的制造。他解释说：“碳纤维的生产需要大量的能源，并释放出大量的二氧化碳。”。“如果我们能回收它们，它们的环境足迹会好得多，价格也会低得多。”此外，回收与基材聚合物（例如环氧树脂）相连的磷等有价值的元素也是可能的。

新型环氧树脂由于其磷含量而具有阻燃性，如未经处理的MDF样品（左）与涂有新型聚合物的样品相比的燃烧试验

热固性材料通常不可能修复，但新型环氧材料上的切口可以通过加热和加压来修复

在树脂基体中加入膦酸酯可以使新的环氧树脂在某些条件下熔化并重塑

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，它可以用于生产木地板环氧涂料，作为一种透明、耐腐蚀的涂层，其又具有良好的阻燃性能，并且可以用少量的压力和热量“治愈”划痕和凹痕。

Gaan解释道：“我们没有开发出一种特定用途的材料，而是打开了一个功能工具箱。阻燃性、可回收性和可修复性是既定的。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高环氧的生产尤为重要，而户外木材涂料应该具有耐候性，新型的环氧树脂都可以定制实现。

为了追求这种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。Empa看好该材料的商业机会，除了所有其他有利的性能外，改性环氧聚合物也便宜且易于制造。