Lagani, visoko izdržljivi epoksidni kompoziti ojačani vlaknima koji se sastoje od staklenih vlakana ili karbonskih vlakana ugrađenih u polimernu matricu su materijali visokih performansi neophodni za proizvodnju lopatica automobila, brodova, aviona i vjetroturbina.
Do 2025. godine, oko 25,000 tona lopatica vjetroturbina dostići će svoj radni vijek svake godine. Tradicionalno, lopatice vjetroturbina je bilo teško reciklirati zbog kemijskih svojstava epoksida, koji je elastična supstanca i smatra se komponentom koja se ne može razgraditi u materijale za višekratnu upotrebu. Epoksidne smole nisu biorazgradive i oslobađaju otrovne plinove kada se spale, što u konačnici dovodi do deponije kao glavnog načina za njihovo odlaganje.
Nekoliko evropskih zemalja zabranilo je odlaganje lopatica vjetroturbina zbog svoje neefikasnosti i neodrživosti, a očekuje se da će ga u budućnosti implementirati još više zemalja. Stoga postoji hitna potreba za održivim strategijama recikliranja epoksidnih smola i njihovih kompozita.
Trenutno novootkriveni proces je dokaz koncepta strategije recikliranja i može se primijeniti na veliku većinu postojećih lopatica vjetroturbina i lopatica koje se trenutno proizvode, kao i na druge materijale na bazi epoksida.
Rezultati su objavljeni u vodećem naučnom časopisu Nature i Univerzitet Aarhus, zajedno sa Danskim institutom za tehnologiju, prijavili su patent za proces.
Konkretno, istraživači su pokazali da korištenjem A katalizatora na bazi rutenija i otapala izopropanola i toluena, mogu odvojiti epoksidnu matricu i osloboditi jednu od originalnih strukturnih jedinica epoksidnog polimera, bisfenola A i netaknutih staklenih vlakana u jednom procesu.
Međutim, metoda nije odmah skalabilna jer katalitički sistem nije dovoljno efikasan za industrijsku primjenu - a rutenij je rijedak i skup metal. Naučnici sa Univerziteta Aarhus stoga nastavljaju da poboljšavaju metodu.
"Ipak, ovo vidimo kao veliki napredak u razvoju trajnih tehnologija koje mogu stvoriti kružnu ekonomiju za materijale na bazi epoksida. Ovo je prva publikacija o kemijskim procesima koji mogu selektivno razgraditi kompozite epoksidne smole i izolirati jedan od najvažnijih materijala. "Epoksidni polimeri, kao i važne komponente staklenih ili karbonskih vlakana, ne oštećuju potonja u procesu", rekao je Troels Skrydstrup, jedan od vodećih autora studije.
Troels Skrydstrup je profesor na Odsjeku za hemiju i Centru za interdisciplinarne nanonauke (iNANO) na Univerzitetu Aarhus. Istraživanje je podržano od strane CETEC projekta (Circular Economy for Thermoset Epoxy Composites), partnerstva između Vestasa, Oilona, Danskog instituta za tehnologiju i Univerziteta Aarhus.
U ovoj studiji, istraživači su koristili tandem reakciju dehidrogenacije/razbijanja veze/redukcije dehidrogenacije katalizirane Ru za raskid najčešće C(alkil)-O veze u polimeru, koja se može koristiti za razbijanje jednostruke veze C(alkil)-O uz BPA matricu. Istraživači su demonstrirali primjenu metode na nemodificirane aminom očvrsnute epoksidne smole i komercijalne kompozitne materijale, uključujući kućište lopatica vjetroturbina. Rezultati istraživača pokazuju da je hemijski oporavak termoreaktivnih epoksida i kompozita izvodljiv.
Eksperiment katalitičke dekonstrukcije epoksidne smole pokazao je da se 81 posto BPA može povratiti nakon 4 dana katalitičke reakcije.
Sa općim pristupom koji se može koristiti za molekularnu razgradnju epoksida očvršćenih aminom, istraživači su se okrenuli istraživanju primjenjivosti protokola za dekondifikaciju epoksida ojačanih vlaknima koji pored polimerne matrice sadrže vlakna s visokim težinskim postotkom. Nakon 3 dana, kompoziti su se jasno razdvojili u labava vlakna bez ikakvog prethodnog tretmana. Reakciona smjesa za dekantaciju; Nakon pranja, 57 tež. posto karbonskih vlakana je obnovljeno, a 13 tež. posto BPA je izolirano iz otopine.
Zatim je testirao kućište najsavremenije penzionisane lopatice vetroturbine. Ovaj komercijalni kompozitni uzorak temeljno je katalitički razložen, što je rezultiralo 50 težinskih postotaka staklenih vlakana i 19 težinskih postotaka BPA.
U zaključku, za komponente dobijene iz kompozita na kraju životnog vijeka, može se razmotriti kružna ekonomija. Visoko pročišćeni bisfenol A dobiven recikliranjem teoretski se može ponovo koristiti u postojećim proizvodnim lancima kao što su epoksidne smole, polikarbonat ili poliester, zamjenjujući originalni BPA proizveden iz naftnih sirovina. Katalitički proces istraživača može se posmatrati kao dokaz koncepta, koji pokazuje da je izvodljivo postići kružnu ekonomiju za ove vrijedne i relevantne materijale.
