天津大学化学工学部の Wang Huaiyuan 教授が率いるチームは、革新的な分子構造設計により、高温耐性、高強度と靱性、リサイクル性を兼ね備えた新しいエポキシ樹脂の開発に成功し、業界を悩ませてきた長年の性能の「シーソーのジレンマ」を打破しました。-関連する研究結果は最近、国際ジャーナル *Advanced Materials* に掲載されました。エポキシ樹脂は、その優れた接着特性、機械的強度、耐薬品性により、新エネルギーや電子パッケージングなどの戦略分野で広く使用されています。これは現代産業の「見えない骨格」とも呼ばれる現代のハイエンド製造業に不可欠な重要な素材であり、世界市場規模は 130 億ドルを超えています。-私の国では、エポキシ樹脂は風力タービンブレード製造の重要な基材でもあります。しかし、風力発電設備が徐々に廃止措置期間に入り、年間約5,800トンのエポキシ樹脂複合材料廃棄物が発生し、その処分方法は現在埋め立てや焼却が主流となっており、資源の無駄だけでなく環境への負荷も与えています。エポキシ樹脂のリサイクルにおける主な課題は、性能の「シーソーのジレンマ」にあります。従来のエポキシ樹脂は硬化後、「壊れない漁網」に似た三次元ネットワーク構造を形成します。-高強度、高耐熱性、靭性、加工性のバランスを達成することは常に困難です。-靭性を高めるには耐熱性を犠牲にする必要があり、耐熱性を向上させると脆化が生じます。これは、極限環境での用途を制限するだけでなく、ハイエンドエポキシ樹脂の国内生産とグリーン化にとって主要なボトルネックにもなります。- Wang Huaiyuan 教授のチームは分子設計ソースから開始し、可逆的な「酸-塩基イオン対」を従来のエポキシ樹脂の堅固なネットワークに巧みに埋め込みました。これらのイオンペアは、材料内で二重の役割を果たします。衝撃エネルギーを吸収する「小型衝撃吸収材」と、高温で結合再結合を開始する「インテリジェント触媒」の両方です。この設計により、新しい材料は、立方メートルあたり 8.2 メガジュールの破壊靱性を達成しながら、超高強度 (78 MPa) と耐熱性 (摂氏 245 度を超えるガラス転移温度) を維持することができます。市販の高級エポキシ樹脂材料と比較して、この新材料の耐熱性は約 15% 向上し、破壊靱性はほぼ 3 倍向上しました。この新しい材料は、これらの優れた特性を維持しながら、従来のエポキシ樹脂にはない自己修復能力とリサイクル性も備えています。{30} 「私たちは初めて、これほど高性能の熱硬化性エポキシ樹脂でプログラム可能な形状と化学的分解を実現しました」と Wang Huaiyuan 氏は述べています。 「実験の結果、この素材は何度でも再処理および物理的にリサイクルでき、性能の低下は 10% を超えないことが示されています。」これにより、「1 回の硬化で永久に固定される」という従来のエポキシ樹脂の制限が打ち破られました。-研究チームは、そのユニークな特性に基づいて、単純なホットプレスプロセスを通じて、-水接触角が 150 度に近い-超疎水性、高熱伝導率の複合コーティングを調製することに成功しました。-窒化ホウ素フィラーの添加により熱伝導率が大幅に向上し、5G 基地局や高性能チップの熱放散の課題に対処し、「デュアル カーボン」目標の下でハイエンド材料産業のアップグレードをサポートします。-将来的には、風力発電分野において、そのリサイクル性により、使用済みブレードの廃棄問題が解決されると期待されています。新エネルギー車分野では、その高い強度、靱性、高温耐性の利点により、機器の軽量化に貢献できると同時に、国内での高級エポキシ樹脂の代替としての幅広い展望も提供されます。-
