據(jù)外媒報道，瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究所（Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology，Empa）的研究團(tuán)隊最近研發(fā)出了一種可回收的環(huán)氧樹脂，可以大幅減少飛機(jī)、汽車和風(fēng)力渦輪機(jī)等行業(yè)塑料的使用量。此前，這些塑料幾乎不可能被回收利用。

圖片來源：Empa

該研究團(tuán)隊由Empa下屬的位于圣加侖的先進(jìn)纖維（Advanced Fibers）實驗室的研究員Arvindh Sekar博士領(lǐng)導(dǎo)，致力于開發(fā)在不損害其強(qiáng)度的前提下回收環(huán)氧基熱固性材料的方法。

環(huán)氧樹脂是一種透明、堅固的聚合物，廣泛用于涂料和粘合劑，同時也被用于與碳纖維或玻璃纖維結(jié)合制成的纖維增強(qiáng)材料，這些材料常用于飛機(jī)、汽車零部件、體育器材和風(fēng)力渦輪機(jī)等領(lǐng)域。

雖然PET、HDPE和PVC等許多塑料在一定程度上可以回收利用，但環(huán)氧樹脂卻不能。它屬于一類被稱為熱固性聚合物的物質(zhì)，這類聚合物的長分子鏈相互交聯(lián)，這意味著它們在初次固化后無法重新熔化或重塑。Arvindh Sekar博士表示：“目前，我們處理環(huán)氧樹脂只有兩種選擇：焚燒或填埋。”

為了克服這些局限性，研究人員成功研制出一種磷基可回收環(huán)氧樹脂。Arvindh Sekar博士說：“磷基添加劑常被用作阻燃劑，通常情況下，它們只是以粉末的形式混入環(huán)氧樹脂中?！毖芯繄F(tuán)隊在環(huán)氧樹脂固化前，將含磷聚合物直接摻入其中，制成了一種阻燃、可再加工且可化學(xué)回收的樹脂。磷元素發(fā)揮著雙重作用：它不僅能提高耐火性能，還能使聚合物內(nèi)部的交聯(lián)結(jié)構(gòu)在受熱時發(fā)生位移。

圖片來源：Empa

這意味著固化后的環(huán)氧樹脂可以研磨成粉末，并通過熱機(jī)械回收工藝，利用加熱和加壓多次重塑成型。Arvindh Sekar博士指出：“我們已經(jīng)進(jìn)行了十次這樣的回收循環(huán)，在此過程中，環(huán)氧樹脂的機(jī)械強(qiáng)度沒有任何明顯的損失?！?/p>

同時，在碳纖維飛機(jī)部件和風(fēng)力渦輪機(jī)葉片等纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，環(huán)氧樹脂可以溶解，從而能夠以幾乎無損的方式回收纖維。Arvindh Sekar博士表示：“除了纖維之外，我們還可以回收超過90%的環(huán)氧樹脂和磷。”

圖片來源：Empa

雖然化學(xué)回收耗能高且需要使用溶劑，但科學(xué)家強(qiáng)調(diào)，只有在無法進(jìn)行熱機(jī)械回收的情況下才應(yīng)使用化學(xué)回收。然而，對于纖維復(fù)合材料而言，迄今為止還沒有可行的替代方案。對此，Arvindh Sekar博士表示：“化學(xué)回收應(yīng)該始終是最后的選擇。只要條件允許，熱機(jī)械回收都是更可取的?！笨茖W(xué)家們花費了數(shù)年時間改進(jìn)這種材料，如今已優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，使其能夠進(jìn)行工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。

相關(guān)研究成果已在《化學(xué)工程期刊（Chemical Engineering Journal）》上發(fā)表。