Lengvi, labai patvarūs pluoštu sustiprinti epoksidiniai kompozitai, sudaryti iš stiklo pluošto arba anglies pluošto, įterpto į polimerinę matricą, yra aukštos kokybės medžiagos, būtinos automobilių, laivų, orlaivių ir vėjo turbinų menčių gamybai.
Iki 2025 m. kasmet savo eksploatavimo laiką pasieks apie 25,000 tonos vėjo turbinų menčių. Tradiciškai vėjo turbinų mentes buvo sunku perdirbti dėl cheminių epoksidinės medžiagos savybių, kuri yra elastinga medžiaga ir laikoma komponentu, kurio negalima suskaidyti į daugkartinio naudojimo medžiagas. Epoksidinės dervos nėra biologiškai skaidžios ir degdamos išskiria toksiškas dujas, todėl galiausiai jos patenka į sąvartyną kaip pagrindinis būdas jas pašalinti.
Vėjo turbinų menčių šalinimą sąvartynuose uždraudė kelios Europos šalys dėl jų neefektyvumo ir netvarumo, ir tikimasi, kad ateityje tai bus įgyvendinta dar daugiau šalių. Todėl skubiai reikia perspektyvių epoksidinių dervų ir jų kompozitų perdirbimo strategijų.
Šiuo metu naujai atrastas procesas yra perdirbimo strategijos koncepcijos įrodymas ir gali būti taikomas daugumai esamų vėjo turbinų menčių ir šiuo metu gaminamų menčių bei kitų epoksidinių medžiagų.
Rezultatai buvo paskelbti pirmaujančiame mokslo žurnale „Nature“, o Orhuso universitetas kartu su Danijos technologijos institutu pateikė paraišką dėl proceso patento.
Konkrečiai, tyrėjai parodė, kad naudojant A rutenio pagrindu pagamintą katalizatorių ir tirpiklius izopropanolį ir tolueną, jie gali atskirti epoksidinę matricą ir išlaisvinti vieną iš pradinių epoksidinio polimero struktūrinių vienetų, bisfenolį A ir nepažeistus stiklo pluoštus per vieną procesą.
Tačiau metodas nėra iš karto keičiamas, nes katalizinė sistema nėra pakankamai efektyvi pramoniniam įgyvendinimui, o rutenis yra retas ir brangus metalas. Todėl Orhuso universiteto mokslininkai ir toliau tobulina šį metodą.
"Nepaisant to, mes tai vertiname kaip didelį proveržį kuriant patvarias technologijas, kurios gali sukurti žiedinę ekonomiką epoksidinių medžiagų pagrindu. Tai pirmasis leidinys apie cheminius procesus, kuriais galima selektyviai skaidyti epoksidinės dervos kompozitus ir išskirti vieną iš svarbiausių medžiagų. „Epoksidiniai polimerai, taip pat svarbūs stiklo ar anglies pluošto komponentai šio proceso metu nepažeidžia“, – sakė vienas iš pagrindinių tyrimo autorių Troelsas Skrydstrupas.
Troels Skrydstrup yra Orhuso universiteto Chemijos katedros ir Tarpdisciplininių nanomokslų centro (iNANO) profesorius. Tyrimą parėmė CETEC projektas (Circular Economy for Thermoset Epoxy Composites), partnerystė tarp Vestas, Oilon, Danijos technologijos instituto ir Orhuso universiteto.
Šiame tyrime mokslininkai panaudojo Ru katalizuojamą dehidrogenavimo/ryšio nutraukimo/redukcijos tandeminę reakciją, kad nutrauktų dažniausiai pasitaikančią C(alkil)-O jungtį polimere, kuri gali būti naudojama C(alkil)-O viengubo jungties nutraukimui. greta BPA matricos. Tyrėjai pademonstravo metodo taikymą nemodifikuotoms aminu sukietintoms epoksidinėms dervoms ir komercinėms kompozitinėms medžiagoms, įskaitant vėjo turbinų menčių korpusą. Tyrėjų rezultatai rodo, kad termoreaktingų epoksidų ir kompozitų cheminis regeneravimas yra įmanomas.
Epoksidinės dervos katalizinės dekonstrukcijos eksperimentas parodė, kad po 4 dienų katalizinės reakcijos galima atgauti 81 procentą BPA.
Taikydami bendrą metodą, kuris gali būti naudojamas aminais sukietintų epoksidinių junginių molekuliniam skaidymui, tyrėjai nusprendė ištirti, ar protokolas yra tinkamas pluoštu sustiprintų epoksidų dekondifikacijai, kuriuose be polimerinės matricos yra daug pluoštų. Po 3 dienų kompozitai aiškiai išsiskyrė į birius pluoštus be jokio išankstinio apdorojimo. Dekantavimo reakcijos mišinys; Po plovimo buvo atgauta 57 masės procentai anglies pluošto, o iš tirpalo buvo išskirta 13 masės procentų BPA.
Tada buvo išbandytas moderniausios, nebenaudojamos vėjo turbinos mentės korpusas. Šis komercinis sudėtinis mėginys buvo kataliziškai kruopščiai suskaidytas, todėl gauta 50 masės procentų stiklo pluošto ir 19 masės procentų BPA.
Apibendrinant galima pasakyti, kad komponentams, regeneruotiems iš nebenaudojamų kompozitų, galima apsvarstyti žiedinę ekonomiką. Labai išgrynintas bisfenolis A, gautas perdirbant, teoriškai gali būti pakartotinai naudojamas esamose gamybos grandinėse, tokiose kaip epoksidinės dervos, polikarbonatas ar poliesteris, pakeičiant originalų BPA, pagamintą iš naftos žaliavos. Tyrėjų katalizinis procesas gali būti vertinamas kaip koncepcijos įrodymas, parodantis, kad šioms vertingoms ir svarbioms medžiagoms įmanoma sukurti žiedinę ekonomiką.
