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环氧树脂是一种具有优异弹性和功能性的聚合物。当它们与碳纤维或玻璃纤维结合时，可以被用来制造风力涡轮机、火车、汽车和飞机的零件。这些具有环氧基的纤维增强聚合物提供了优异的机械性能和热性能，并且重量远小于金属。但是，它们是不可回收的。 环氧树脂作为一种热固性塑料，若要实现其回收绝非易事，因为这种类型聚合物中的分子链是紧密交联的。由于这些化学交联，熔化基本是不可行的。塑料一旦固化就不能再变形。 而PET和聚烯烃等热塑性塑料则显著不同。虽然它们的聚合物链靠得很近，但它们并没有化学连接。这些聚合物在加热时可以熔化并呈现各种形式。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。 瑞士联邦材料科学与技术实验室Empa从事尖端材料和技术研究，其研发活动侧重于满足行业的要求和社会的需求，从而将面向应用的研究与新思想的实际实施联系起来。近日，在Sabyasachi Gaan的指导下，Empa先进纤维实验室的研究人员现在已经开发了一种完全可回收、可修复和高阻燃的环氧树脂，它也同时保持了环氧树脂优异的热机械性能。
这款由Empa研究人员与当地和国际合作伙伴合作联合开发的特殊环氧树脂，虽然依然被称为热固性树脂，但它却可以像热塑性塑料一样成型，其秘密在于是将一种来自膦酸酯组的高度独特功能分子结合到新制造的树脂基体中。
Empa研究人员也是该产品的联合发明人Klingler Wenyu Wu 介绍，起初合成这种分子是把它作为阻燃剂。然而，这种分子与环氧树脂聚合物链的连接是动态的，在特定情况下可能会被破坏。聚合物链的交联因此而松动，从而使它们可以被熔化和重整。这些材料，也被称为玻璃化物，是非常新的，被认为是非常有前途的。 Klinger补充指出，如今纤维增强复合材料几乎很难实现回收，除非在非常恶劣的条件下，但这反过来又会损伤回收的纤维。一旦热固性材料达到使用寿命，就会被焚烧或在垃圾填埋场处理。而有了这种塑料，它们将首次有可能实现循环再利用。  该项目负责人Gaan Sabyasachi 表示：“我们未来的愿景是开发一种复合材料，在这种复合材料中，纤维和塑料基体都可以完全分离和重复使用。” 现如今，研究人员在碳纤维增强塑料（CFRP）中发现了机会，而CFRP已被广泛用于飞机、火车、船只、汽车、自行车和其他车辆的生产。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，回收附着在基体聚合物上的磷等珍贵元素也是可行的。
量身定制的材料 这种新型聚合物不仅适用于纤维增强复合材料，它也可以用作覆盖硬木地板表面的一种透明的、耐用的、具有高阻燃能力的保护层，并且只需足够的压力和热量，划痕和凹痕就可以“愈合”。 Gaan补充指出，他们并没有开发出一种特定用途的材料，而是开发了一个工具箱。阻燃性、可回收性和可修复性是既定的，而他们可以根据预期用途优化所有其他性能。他解释说，比如，流动性在生产纤维增强塑料时极为重要，而外部木材涂层也应具有耐候性。  研究人员现在正在寻找工业合作伙伴来研究这种材料的多样化应用场景。而其商业成功的可能性也很高，因为除了上述众多优点外，这款改性环氧聚合物经济性较好且易于制造。 Gaan Sabyasachi 和Klingler Wenyu Wu 是Empa先进纤维实验室的成员，该实验室已经研究专门用于织物、塑料和木材的阻燃剂有15年历史了。在上个月底7月26日至29日举办的2023年欧洲阻燃聚合物材料会议（FRPM）上，来自学术界和工业界的250名专家齐聚一堂，进行多学科演讲和讨论，该项目也在会议期间进行了介绍。 |
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