Furfuraalipohjaiset epoksikertamuovit ja niiden lasikuituvahvisteiset komposiitit: Suorituskyky, ikääntyminen ja kierrätys

Muoveja tuotetaan maailmanlaajuisesti yhä enenevissä määrin. Valtaosa näistä materiaaleista valmistetaan edelleen fossiilipohjaisista raaka-aineista, mikä lisää huolta ympäristön kestävyydestä ja ihmisten terveydestä. Korkean suorituskyvyn komposiittisovelluksissa yleisimmin käytössä ovat edelleen perinteiset fossiilipohjaiset epoksijärjestelmät, joista merkittävimpiä ovat bisfenoli A:n diglysidyylieetteriin (DGEBA) perustuvat hartsit. Nämä materiaalit ovat kestämättömiä ja aiheuttavat merkittäviä ympäristöön sekä käyttöiän loppuvaiheeseen liittyviä haasteita. Lasikuitulujitettuja DGEBA-komposiitteja käytetään laajasti esimerkiksi tuulivoimaloissa, meriteollisuudessa, autoteollisuudessa ja elektroniikassa, mutta niiden pysyvät ristisilloittuneet verkkorakenteet vaikeuttavat kierrätystä, minkä vuoksi ne päätyvät usein kaatopaikalle tai arvoa heikentävään kierrätykseen. Vastauksena tähän biopohjaiset epoksikertamuovit ovat muodostumassa merkittäviksi kestäviksi vaihtoehdoiksi, jotka tarjoavat käyttökelpoisia ratkaisuja DGEBA pohjaisten aineiden korvaamiseen.

Tässä väitöskirjassa tutkitaan furfuraalipohjaisia diepoksimonomeerejä, jotka voidaan syntetisoida täysin uusiutuvista raaka-aineista ja jotka toimivat mahdollisina DGEBA:n korvaajina. Kaksi erillistä epoksihartsin molekyylirakennetta, joilla on vastaavat suorituskyvyt, kehitettiin: "diepoksieetteri", joka muistuttaa perinteistä DGEBA:ta, sekä "diepoksiesteri". Esteripohjainen epoksikertamuovi mahdollistaa lisäksi kemiallisen kierrätyksen, joka toteutetaan miedolla emäskatalysoidulla metanolyysillä. Vastaavat kertamuovit ja lasikuitukomposiitit valmistettiin, karakterisoitiin ja arvioitiin niiden ominaisuuksien, kierrätettävyyden sekä ikääntymiskäyttäytymisen perusteella. Tämä työ osoittaa, että kehitetyt biopohjaiset epoksit voivat vastata fossiilipohjaisen vertailumateriaalin suorituskykyä tai jopa ylittää sen, samalla kun ne tarjoavat käyttöiän päättymiseen soveltuvia ratkaisuja kuituvahvisteisille komposiiteille suljetun kierron mahdollistavien reaktiivisten esterisidosten avulla.