Thermische und Flammschutzeigenschaften von Epoxy-Vitrimeren

Polymere sind durch ihre vielseitigen und variablen Eigenschaften aus unserem heutigen Alltag nicht mehr wegzudenken. Vor allem ihr geringes Gewicht und die guten mechanischen Eigenschaften, sowie der relativ geringe Energieverbrauch bei der Formgebung machen Kunststoffe für viele Anwendungen zum Material der Wahl. Polymere können je nach Vernetzungsgrad in drei Klassen unterteilt werden: Thermoplaste, Elastomere und Duroplaste. Über die Variation der Netzwerkdichte können thermische und mechanische Eigenschaften eingestellt werden. Epoxidharze weisen durch hohe Netzwerkdichten hervorragende Festigkeit und Steifigkeit, sowie gute thermische Beständigkeit und Resistenz gegenüber einer Vielzahl an Chemikalien auf, weshalb sie oft als Hochleistungsmaterialien eingesetzt werden. Nichtsdestotrotz sind Polymere nicht nur positiv behaftet, sondern weisen auch einige kritische Aspekte hinsichtlich des Produktlebensendes auf. Eine lineare Kunststoffwirtschaft führt zu einer unkontrollierbaren Anhäufung von Kunststoffabfällen im Ökosystem. Die End-of-Life-Phase und das Kunststoffrecycling sind in dieser Hinsicht die größte Herausforderung. 2020 wurden lediglich 35 % der 29,5 Mt des in der EU anfallenden Kunststoffmülls recycelt, 23 % endeten auf Deponien. Um die Umweltbelastung durch Kunststoffe zu verringern und den Wandel hin zu einer Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe zu vollziehen, sind sicherere, nachhaltigere und recyclingfähigere Polymersysteme erforderlich. Insbesondere die Recyclingfähigkeit von Duroplasten und duroplastischen Verbundwerkstoffen ist begrenzt und eine Herausforderung. Die Entwicklung von wiederverarbeitbaren, wiederverwendbaren und recycelbaren Duroplasten ist daher von großem Nutzen. Vitrimere bieten ein großes Potenzial für die Wiederverwertbarkeit, da der Einbau dynamischer kovalenter Bindungen in ein Duroplastnetzwerk eine leistungsfähige Methode für die Wiederverwertung und Umformung dieser Kunststoffe durch Topologieumlagerungen darstellt. Für viele Anwendungen sind die thermischen und mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen von entscheidender Wichtigkeit. Gegenwärtig werden duroplastische Verbundwerkstoffe hauptsächlich und in großem Umfang für verschiedene Anwendungen im Innenbereich und aufgrund der Gewichtseinsparung auch für Strukturanwendungen verwendet. Technisch relevante Kunststoffe sind brennbar, Flammschutzeigenschaften sind daher von Relevanz. Besonders im Bau- und Konstruktionssektor, sowie in der Elektro- und Automobilindustrie gilt es, Brände effektiv zu unterbinden. Ziel dabei ist es, die Flammschutzeigenschaften ohne Einbußen der mechanischen Qualitäten zu verbessern. Die Entwicklung flammgeschützter duroplastischer Materialien, welche durch den Einbau dynamischer kovalenter Bindungen das Potential auf eine Wiederverarbeitung und Recycling bieten, stellt einen wichtigen Schritt hin zu einer Circular Plastic Economy dar.