Una nuova resina epossidica combina ritardo di fiamma e riciclabilità

In combinazione con fibre di vetro o di carbonio, le resine epossidiche sono utilizzate, ad esempio, per produrre componenti per aerei, automobili, treni, navi e turbine eoliche. Queste plastiche fibrorinforzate a base epossidica hanno eccellenti proprietà meccaniche e termiche e sono molto più leggere del metallo. Oltre a questi numerosi vantaggi, hanno uno svantaggio decisivo: non sono riciclabili, almeno non ancora.

Limiti della riciclabilità 

I ricercatori dell'Empa guidati da Sabyasachi Gaan sono riusciti a sviluppare una plastica a base di resina epossidica. Questa dovrebbe essere completamente riciclabile, riparabile e anche ritardante di fiamma, come riportato in un articolo pubblicato sulla rivista Rivista di ingegneria chimica articolo pubblicato si chiama. Inoltre, le favorevoli proprietà termomeccaniche delle resine epossidiche sono ancora garantite.

Perché è così difficile riciclare le resine epossidiche? Le resine epossidiche sono i cosiddetti duromeri. Questo tipo di plastica è costituito da catene polimeriche strettamente interconnesse. Questi legami chimici rendono impossibile la fusione. Una volta indurita, la plastica non può più essere deformata. Questi duromeri si contrappongono alle termoplastiche come il PET o le poliolefine. Le loro catene polimeriche sono vicine, ma non legate tra loro. Sotto l'influenza del calore, queste plastiche possono essere fuse e modellate in nuove forme. Tuttavia, a causa della mancanza di reticolazione, le loro proprietà meccaniche a temperature elevate non sono generalmente vantaggiose come quelle dei duromeri.

La nuova plastica sviluppata dai ricercatori dell'Empa è in realtà un duromero. La novità, tuttavia, è la sua fusibilità. Ciò è dovuto a una speciale molecola funzionale appartenente alla classe degli esteri dell'acido fosfonico. Questa è stata introdotta nella matrice della resina epossidica. "In origine abbiamo sintetizzato questa molecola come ritardante di fiamma", spiega Wenyu Wu Klingler, scienziato dell'Empa e co-inventore di questa tecnologia. Tuttavia, il legame che la molecola forma con le catene polimeriche della resina epossidica è reversibile, cioè può essere nuovamente sciolto in determinate condizioni. In questo modo si allenta la reticolazione delle catene polimeriche che possono essere fuse e modellate.

Tali materiali, chiamati anche vitrimeri, sono noti solo da una decina d'anni e sono considerati particolarmente promettenti. "Oggi le plastiche fibrorinforzate sono praticamente impossibili da riciclare, se non in condizioni estreme che danneggiano le fibre", spiega Wu Klingler. "Una volta che hanno fatto il loro tempo, vengono incenerite o smaltite in discarica. Con la nostra plastica, per la prima volta sarebbe possibile reinserirle nel ciclo dei materiali". La loro visione per il futuro, aggiunge il leader del gruppo Sabyasachi Gaan, è "un materiale composito in cui le fibre e la matrice plastica possano essere completamente separate e riutilizzate". Il ricercatore vede un particolare vantaggio nelle plastiche rinforzate con fibre di carbonio, utilizzate ad esempio nella costruzione di aerei, treni, barche, automobili, biciclette e altro ancora. "La produzione di fibre di carbonio richiede molta energia e rilascia un'enorme quantità di CO2", spiega. "Se potessimo riciclarle, la loro impronta ecologica sarebbe molto migliore e il prezzo molto più basso". Inoltre, dalla matrice polimerica si potrebbero recuperare additivi preziosi come il fosforo.