Material termoegonkorrak garatzeko alternatiba jasangarriak

Gaur egungo arazo larrienetako bat petrolio gordinaren agortzea da, hau da, petrolioan oinarritutako produktuen eskasia, baina, bestalde, petrolioaren kontsumoari lotutako ingurumen-arazo larriak daude, hala nola kutsadura eta klima-aldaketa. Hori dela eta, konpositezko materialetan gero eta indar handiagoa jartzen ari da alternatiba berriztagarrien ikerketan. (2)

Azken urteetan, erretxina termoegonkorrak garatu dira iturri berriztagarriak erabiliz.  Ez dira birziklagarriak, baina, iraunkortasunari dagokionez, hobekuntza handia ekartzen dute. Material horiek jasangarriagoak izan daitezen, indargarri berriztagarrien erabilera areagotu egin da.

ERRETXINA TERMOEGONKOR ETA JASANGARRIAK

1. irudia. Erretxina termoegonkor polimerizatua. Arg. Gaiker

Interes handia dago erretxina horiek garatzeko, haien propietateak direla eta. Horrelako erretxinek, behin polimerizatu direnean, sare gurutzatuak eratzeko gaitasuna dute, eta horrek propietate kimiko, mekaniko eta termiko bikainak ematen dizkio konpositeari. Erretxina-multzo horretan, honako hauek nabarmentzen dira: epoxia, poliesterra, binilesterrrak eta bentzoxazina (fenolikoa).

PFA erretxina

Furano erretxina nekazaritzaren azpiproduktuetatik lortzen da; hain zuzen ere, furfural furanotik, biomasaren hidrolisi katalitikoaren bidez. Hori furfuril alkohol bihurtzen da, eta, kondentsazio-erreakzioz, furano erretxina lortzen da. Erretxina hori erretxina fenolikoa ordezkatzeko egokia da,  egonkortasun termikoa duelako bai eta propietate mekaniko onak eta iraunkortasun ona ere.

Jatorri biologikoko bentzoxazina erretxina

Bentzoxazina erretxina termoegonkorra fenolen familian sailkatzen da. Azken urteetan, interes handia sortzen ari da, dituen abantailak direla eta: egonkortasun termiko ona, uzkurdurarik ez izatea… Diseinu molekularrean jasangarria eta malgua da, eta fenolekin eta iturri naturaletako aminekin sintesiak egiteko aukera ematen du, hala nola ligninarekin, eta hortik, zenbait konposatu lortzen dira; adibidez, banillina, eugenola eta guaiakola . Konposatu horiei esker, polibentzoxazinazko materialak gara daitezke, hainbat propietate dituztenak.

2. irudia. Jatorri biologikoko epoxi erretxinak lortzeko aukerak. Arg. Gaiker

Jatorri biologikoko epoxi erretxina

Gaur egun, epoxi erretxinak jatorri biologikoko erretxina garatuenak dira. Haien ezaugarrien artean, hauek nabarmentzen dira: uzkurdura txikia, moldatzeko erraztasuna, atxikimendu ona eta aire librearekiko erresistentzia handia.

Epoxi erretxina biologikoak lortzeko, bi bide nagusi daude: alde batetik, konposatu biologikoekin zuzenean erreakzionatzea, eta, bestetik, lotura bikoitzen epoxidazioa. Epoxi erretxina biooinarrituak hiru taldetan banatzen dira: aromatikoak, alifatikoak eta erabat biologikoak. Kardanola, lignina eta azido galikoa  erabiltzen dira iturri gisa erretxina aromatikoak sortzeko. Landare-olioak (soja eta errizinoa, adibidez) erretxina alifatikoetarako erabiltzen dira, 2. irudian ikusten den moduan.

Poliester erretxina

Poliesterrezko erretxinak azidoen eta alkoholen kondentsazioaren bidez sortzen dira, eta sare gurutzatuak osatzen dituzte. Propietate mekaniko onak dituzte eta, epoxi erretxinen aldean, kostu txikia dute. Azken aldian areagotu egin da, horrelako erretxinak sintetizatzeko, lehengai berriztagarriak erabiltzeko interesa; adibidez, azido itakonikoa.

INDARGARRI JASANGARRIAK

Zuntz naturalak

Zuntz naturalek, sendoak eta zurrunak direnez, gaitasun aproposak dituzte konpositeetan erabiltzeko. Ohiko konpositeen aldean, zuntz naturalak erabiliz egindako konpositeek arreta handia piztu dute industrian;  batez ere, duten dentsitateagatik eta ingurumena errespetatzen dutelako. Zuntz naturalak zelulosa- eta lignina-kate luze ugariz osatuta daude, eta kate horiek hidrogeno-loturen bidez lotzen dira sendotasuna eta zurruntasuna emateko. Gainera, landare-zuntzez gainera, badira animalia-zuntzak ere, hala nola artilea, lumak eta animalia-ileak, baliabide garrantzitsuak guztiak ere.

Zuntz natural-polimero konpositeak

Zuntz naturalezko konpositeak polímero-matrize batez egindako materialak dira. Zuntz natural sendoak erabiltzen dira horretarako; adibidez, lihoa eta  jutea. Zuntz naturalak gero eta gehiago erabiltzen dira; izan ere, beirazko zuntzen antzeko zurruntasuna eta erresistentzia handiagoa dute. Hezetasunak, zuntzen izaera hidrofilikoak eta zuntz kopuruak eragina dute haien propietateetan. Zuntzen konposizio kimikoa ere (zelulosa, hemizelulosa, lignina eta argizariak) erabakigarria da. Zuntz horien egokitasunari buruzko azterlanak egin dira; alde batetik, askotariko matrizeekin, eta, bestetik, gainazala aldatzeko fabrikazio-prozesuen bidez.

Konposite hibridoak

Zuntz natural indartuzko konposizio hibridoak egiten ari dira ingurumenaren ikuspegitik egokiagoak izateko eta jasangarritasunaren bila dabiltzan industrien eskakizunei erantzuteko asmoz. Konposite hibridoak bi zuntz natural edo gehiago matrize bakar batean jarriz garatzen dira. Gaur egun, ikertzaile asko saiatzen ari dira zuntz naturalen konbinaziorik onena aukeratzen, probetxua ateratzeko eta alde txarrak minimizatzeko.

Nukleo jasangarriak

Sandwich motako egitura konposatuak nukleo bati atxikitako bi geruza dira, konpresioarekiko eta flexioarekiko erresistentzia handia ematen diotenak, baita zurruntasun handiagoa ere, pisua nabarmen handitu gabe. Oso erabilgarriak dira batez ere industria aeroespazialean, eta itsasontzigintzan eta garraioaren eta eraikuntzaren industrietan.

Azken urteetan ingurumen-kontzientzia gero eta handiagoa denez, nukleo jasangarriak ikertzen eta garatzen ari dira. Material horiek iturri berriztagarri eta birziklagarrietatik lortuak dira, eta hainbat onura eskaintzen dituzte, hala nola biodegradagarritasuna eta isolamendu termikoa eta akustikoa.

KONPOSITEEN BIRZIKLAPENA

Azken urteetan, hondakin-material konposatuen pilaketak kezka sortu duda. Hori dela eta, herrialde asko material horien berrerabilera eta birziklagarritasuna ikertzen hasi dira.

Atal honetan ez da deskribatuko material konposatuentzat eskuragarri dagoen birziklatze-metodo bakoitza (birziklatze mekanikoa, termikoa eta kimikoa), baizik eta erretxina termoegonkor birziklagarriei buruzko azterlan eta garapen berrienak aurkeztuko dira. Erretxina termoegonkor birziklagarrietan egin berri diren aurrerapenen artean, honako hauek daude:

- Fenol-erretxina birziklagarriak: Erabat birziklagarria den fenol-erretxina garatu da, birziklagarritasun onekoa eta erresistentzia termiko handikoa, bitrimeroekin konpara daitekeena. (4)

- Epoxi erretxina autokonpongarriak: Epoxi erretxina autokonpongarria eta birziklagarriaren inguruan ikertu da, eta propietate mekaniko eta termiko onlortu dira, konposizioan disulfuroa erabiliz. (5)

- Recyclamine Teknologia: epoxi erretxinan oinarritutako material konposatuak birziklatzeko aukera ematen du, indargarriak berreskuratzeko eta propietateak ondo kontserbatzeko, azido azetikoaren disoluzio diluitua erabiliz. (3)

- Elium erretxina: Monomero akrilikoetan oinarritutako erretxina termoplastiko birziklagarria da; propietate mekaniko onak ditu, eta prozesatzeko erraztasuna.

- Akelite erretxina: Azetonan murgilduz birzikla daitekeen erretxina akriliko bat da, propietate mekaniko onak eta termoformatzeko gaitasuna dituena.

Garapen horiek adierazten dute material konposatuen jasangarritasunean aurrerapen nabarmena egin dela. Gainera, propietate mekaniko eta termiko egokiak lortzen dira, bai eta gero eta birziklagarritasun handiagoa ere.

APLIKAZIOAK

Biokonpositeen aplikazioek gero eta indar handiagoa hartu dute Europan, ingurumen-erregulazioen ondorioz. Gainera, (1) EURO 6 zuzentarauak 95 g/km-tik gorako CO2-isuriak dituzten automobilak zigortzen ditu, eta biokonpositeen erabilera sustatzen du emisio horiek murrizteko. Horretaz aparte, 2000/53/EE zuzentarauak automobilen pisuaren % 95 birziklatzeko helburua ezartzen du, eta, ondorioz, biokonpositeen erabilera sustatzen du.

Biokonposatuek hainbat sektoretan dituzte aplikazioak. Besteak beste, hauetan: elektronika aurreratua, sektore aeronautikoa, automozioa, etab.

Gainera, hurrengo urteetan biokonpositeen erabilera handitzea espero da. Ikerketa baten arabera, 2018-2030 aldian, konpositeen merkatua 24,59 mila milioi dolarretan balioetsi da 2021ean eta % 16,1 handitzea espero da (1).

ONDORIOAK

Ondorio modura, berrikuspenak ohiko sistema termoegonkorren alternatiba jasangarriak aztertzen ditu, eta ikerketa gehiagoren beharra nabarmentzen du, eduki biologiko handiagoko erretxinak garatzeko. Sistema birziklagarri eta termoegonkorrek propietate oparoak dituzte, eta batzuek, Recyclaminek kasu, materiala bigarren bizitzan berrerabiltzeko aukera ematen dute. Jasangarritasunean aurrerapenak lortu diren arren, alternatiba gehiago aztertu behar dira ingurumen-arazoari erabat heltzeko.

BIBLIOGRAFIA

1 Andrew, J.J.; Dhakal, H.N. 2022. “Sustainable biobased composites for advanced applications: Recent trends and future opportunities”. Compos.

2 Ares-Elejoste, P., Seoane- Rivero, R., Gandarias, I., Iturmendi, A., Gondra, K. 2023.“Sustainable Alternatives for the Development of Thermoset Composites with Low Environmental Impact” Polymers 15 (13).

3 La Rosa, A.D.; Blanco, I.; Banatao, D.R.; Pastine, S.J.; Björklund, A.; Cicala, G. 2018.  “Innovative Chemical Process for Recycling Thermosets Cured with Recyclamines® by Converting Bio-Epoxy Composites in Reusable Thermoplastic—An LCA Study.” Materials 11, 353.

4 Liu, X.; Li, Y.; Xing, X.; Zhang, G.; Jing, X. 2021. “Fully recyclable and high performance phenolic resin based on dynamic urethane bonds and its application in self-repairable composites.” Polymer, 229.

5 Zhang, Y.; Yuan, L.; Liang, G.; Gu, A. 2018. “Developing Reversible Self-Healing and Malleable Epoxy Resins with High Performance and Fast Recycling through Building Cross-Linked Network with New Disulfide-Containing Hardener.”  Ind. Eng. Chem. Res.57, 12397–12406.