Epoxi más sostenible gracias al fósforo
Hacia el reciclado de compuestos de fibras
La resina epoxi es un polímero transparente y robusto muy utilizado, especialmente como parte de materiales reforzados con fibra en la aviación, la industria del automóvil y otros sectores. Sin embargo, hasta ahora no era posible reciclarla. Los investigadores de Empa han desarrollado una resina epoxi que puede reprocesarse y reciclarse químicamente, además de ser ignífuga y fácil de fabricar.
La mayoría de la gente es consciente de que los residuos plásticos son un problema. Casi todos los plásticos que utilizamos en nuestra vida cotidiana proceden de fuentes fósiles. Cuando acaban en el medio ambiente, causan contaminación durante generaciones. Cuando se incineran en una planta de incineración de residuos, liberan a la atmósfera CO₂, que calienta el clima. Por tanto, reciclar es la mejor opción: Los plásticos usados proporcionan las materias primas para otros nuevos, cerrando el ciclo.
Sin embargo, no todos los plásticos pueden reciclarse. Lo que ya es una práctica habitual para el PET, por ejemplo, es prácticamente imposible para la resina epoxi. Esto se debe a que el epoxi pertenece al grupo de los llamados termoestables. En estos polímeros, las largas cadenas moleculares están reticuladas de tal forma que no pueden volver a fundirse tras el curado inicial. "Hoy en día, sólo tenemos dos opciones para deshacernos de la resina epoxi: la incineración o los vertederos", afirma el investigador de Empa Arvindh Sekar, del laboratorio Advanced Fibers de St.
Gallen. Sin embargo, este plástico duradero se utiliza mucho, tanto en su forma pura, por ejemplo en revestimientos o adhesivos, como en materiales reforzados con fibra, donde la resina epoxi se combina con fibras de carbono o vidrio para todo, desde piezas de aviones y coches hasta equipamiento deportivo y turbinas eólicas. Ahora, el equipo de Empa ha conseguido desarrollar una resina epoxi reciclable. Su polímero no sólo puede recuperarse por diversos métodos, sino que además es ignífugo y fácil de fabricar, lo que allana el camino a las aplicaciones industriales.
Todo está en la química
El elemento que hace posibles todas estas propiedades es el fósforo. "Los aditivos a base de fósforo se utilizan habitualmente como retardantes de llama", explica Sekar. "Normalmente, simplemente se mezclan en la resina epoxi en forma de polvo". Los investigadores de Empa van un paso más allá y añaden un polímero que contiene fósforo a la resina antes del curado, que reacciona con el epoxi. El efecto ignífugo del fósforo se mantiene, al igual que las ventajosas propiedades mecánicas de la resina.
Sin embargo, el polímero de fósforo permite que los enlaces cruzados entre las cadenas poliméricas del epoxi curado se reorganicen al calentarse. Después de su uso, el material puede simplemente molerse en polvo y prensarse para darle una nueva forma mientras se calienta, haciendo que los enlaces se reorganicen. Es lo que se conoce como reciclado termomecánico. "Hemos realizado diez de estos ciclos de reciclado y el epoxi no ha perdido ninguna resistencia mecánica significativa en el proceso", afirma Sekar.
Pero, ¿qué hay que hacer si el epoxi forma parte de un material compuesto mezclado con fibras y no puede simplemente triturarse? Incluso en este caso, el nuevo material tiene ventaja, porque además del reciclado termomecánico, también puede disolverse químicamente, lo que permite recuperar las fibras sin daños significativos, un paso que antes era casi imposible. "Además de las fibras, también podemos recuperar más del 90% del epoxi y el fósforo", añade Sekar. Sin embargo, a diferencia del reciclado termomecánico, el reciclado químico requiere mucha energía y mayores cantidades de disolventes, advierte el investigador, al igual que el reciclado químico de otros polímeros. "El reciclado químico debe ser siempre el último recurso. El reciclado termomecánico es preferible siempre que sea posible", afirma. Sin embargo, en el caso de las resinas epoxi reforzadas con fibra, actualmente no hay alternativa.
Listo para la industria
Los investigadores de Empa llevan varios años trabajando en su resina epoxi. Ahora han mejorado el proceso de fabricación para que pueda ampliarse a la producción industrial. "Buscamos socios industriales interesados en comercializar el epoxi reciclable ignífugo", explica Sekar. Los primeros campos de aplicación podrían ser los revestimientos de interiores y exteriores. En este caso, el material gana puntos porque, gracias a la adición de fósforo, mejora la estabilidad del color y reduce el amarilleamiento en comparación con la resina epoxi convencional.
Otro campo de aplicación sería como adhesivo en la construcción de turbinas eólicas. "Las turbinas eólicas son vulnerables a los incidentes con fuego, porque los cortocircuitos o los rayos pueden provocar incendios", dice Sekar. "Además de mejorar la seguridad contra incendios, nuestro material facilitaría el mantenimiento y la sustitución de componentes porque puede remodelarse en las condiciones adecuadas incluso después de curado". Mientras tanto, los investigadores trabajan en combinar el aditivo de fósforo con otros polímeros para hacerlos también resistentes al fuego y reciclables.
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