Le resine epossidiche sono materie plastiche resistenti e versatili. In combinazione con fibre di vetro o di carbonio, vengono utilizzate, ad esempio, per produrre componenti per aerei, automobili, treni, navi e turbine eoliche. Queste plastiche rinforzate con fibre epossidiche hanno eccellenti proprietà meccaniche e termiche e sono molto più leggere del metallo. Il loro punto debole: non sono riciclabili, almeno non ancora.
Ora i ricercatori dell’Empa, guidati da Sabyasachi Gaan dell’Advanced Fibers Laboratory dell’Empa, hanno sviluppato una plastica a base di resina epossidica che è completamente riciclabile, riparabile e anche ritardante di fiamma – pur mantenendo le favorevoli proprietà termomeccaniche delle resine epossidiche. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Chemical Engineering Journal.
Il riciclaggio delle resine epossidiche è tutt’altro che banale, perché queste plastiche appartengono ai cosiddetti duromeri. In questo tipo di plastica, le catene polimeriche sono strettamente legate tra loro. Questi legami chimici rendono impossibile la fusione. Una volta che la plastica si è indurita, non può più essere deformata.
La situazione è diversa con le termoplastiche, come il PET o le poliolefine. Le loro catene polimeriche sono vicine tra loro, ma non sono legate. Sotto l’influenza del calore, queste plastiche possono essere fuse e formate in nuove forme. L’unico problema è che, a causa della mancanza di reticolazione, le loro proprietà meccaniche a temperature elevate non sono generalmente vantaggiose come quelle dei duromeri.
Un nuovo tipo di plastica
La speciale resina epossidica che i ricercatori dell’Empa hanno sviluppato in collaborazione con partner nazionali e internazionali è in realtà un duromero – ma a differenza di altri duromeri, può certamente essere fusa come una termoplastica. La chiave è l’aggiunta di una speciale molecola funzionale della classe degli esteri dell’acido fosfonico alla matrice della resina. “Inizialmente abbiamo sintetizzato questa molecola come ritardante di fiamma”, afferma lo scienziato dell’Empa Wenyu Wu Klingler, che ha co-inventato la tecnologia. Tuttavia, il legame che la molecola forma con le catene polimeriche della resina epossidica è reversibile, cioè può essere sciolto di nuovo in determinate condizioni. Questo allenta la reticolazione delle catene polimeriche, in modo che possano essere fuse e modellate.
Tali materiali, chiamati anche vitrimeri, sono noti solo da circa dieci 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 di plastica possono essere completamente separate e riutilizzate” Il ricercatore vede un vantaggio particolare nelle plastiche rinforzate con fibre di carbonio, ad esempio, utilizzate 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.
Materiale su misura
Le plastiche rinforzate con fibre non sono l’unica applicazione della nuova plastica. Ad esempio, potrebbe essere utilizzata per rivestire i pavimenti in legno, come strato trasparente e resistente con buone proprietà ignifughe – e dove i graffi e i danni possono essere “guariti” con un po’ di pressione e calore.
“Non abbiamo sviluppato un singolo materiale per uno scopo specifico, ma piuttosto una cassetta degli attrezzi”, spiega Gaan. “Il ritardo di fiamma, la riciclabilità e la riparabilità sono tutti presenti. Possiamo ottimizzare tutte le altre proprietà a seconda dell’uso previsto” Per esempio, afferma, le proprietà di flusso sono particolarmente importanti per la produzione di plastiche rinforzate con fibre, mentre i rivestimenti esterni in legno devono essere resistenti agli agenti atmosferici.
Per perseguire queste e altre applicazioni del materiale, i ricercatori sono ora alla ricerca di partner industriali. Le possibilità di successo commerciale sono buone: oltre a tutte le altre proprietà vantaggiose, la resina sintetica modificata è anche economica e facile da produrre.
