MXene-verbeterde epoxy belooft veiligere, duurzamere industriële toepassingen

Tweecomponenten-epoxies, waarbij vóór gebruik hars en verharder moeten worden gemengd, hebben vaak last van problemen zoals mengverhoudingsfouten, beperkte werktijden en inconsistente uitharding. Bovendien moeten ze onmiddellijk na het mengen worden gebruikt, wat leidt tot verspilling van residu.

Om deze uitdagingen aan te pakken, hebben ééncomponent-epoxies de aandacht gekregen. Eéncomponent-epoxy’s worden voorgemengd geleverd, waardoor ze gemakkelijk te gebruiken zijn, de verwerkingstijd verkorten en een consistente kwaliteit zonder vermenging worden gegarandeerd. In het bijzonder maakt het gebruik van latente uithardingsmiddelen het mogelijk dat de uitharding alleen onder specifieke omstandigheden (bijv. blootstelling aan hitte of UV) op gang komt, waardoor de opslagstabiliteit aanzienlijk wordt verbeterd.

Conventionele ééncomponent-epoxies zijn echter alleen stabiel bij kamertemperatuur (lager dan 25°C), waardoor de opslag ervan bij hoge temperaturen wordt beperkt en ze gevoelig zijn voor brandgevaar.

Het onderzoeksteam van Dr. Jaewoo Kim aan het Korea Institute of Science and Technology (KIST) heeft, in samenwerking met het team van professor Chongmin Koo aan de Sungkyunkwan Universiteit, een oplossing ontwikkeld om deze beperkingen te overwinnen: de ‘Epoxy/MXene One-Component Solution’.

Het werk is gepubliceerd in het journaal Geavanceerde materialen.

Dit innovatieve materiaal bestaat uit epoxyhars, polymere, op imidazool gebaseerde latente verhardingsmiddeldeeltjes en een tweedimensionaal nanomateriaal genaamd MXene. Door een latente verharder te introduceren met onderdrukte reactiviteit op zowel fysische als chemische manieren, bereikte het team opslagstabiliteit gedurende meer dan 180 dagen bij een hoge temperatuur van 60°C. Een opmerkelijke verbetering vergeleken met conventionele producten die hun stabiliteit slechts ongeveer 40 dagen behouden bij 25°C. °C.

Bovendien verbetert het MXene-nanomateriaal de vlamvertraging aanzienlijk, terwijl het ook de elektrische geleidbaarheid en thermische stabiliteit verbetert.

De oplossing vertoont ook uitstekende vlamvertragende prestaties. Het verhoogt de beperkende zuurstofindex (LOI) met 12% en verlaagt de piekwarmteafgiftesnelheid (pHRR) met 85%, waardoor de hoogste V0-vlamvertragende beoordeling wordt bereikt.

Dit betekent een aanzienlijke verbetering ten opzichte van conventionele producten, die gevoelig zijn voor brandgevaar. Mechanisch gezien blinkt het materiaal uit met een verbetering van 46% in treksterkte en een toename van 158% in slagsterkte, wat zowel stabiliteit als duurzaamheid garandeert.

Het onderzoeksteam schrijft deze prestatieverbeteringen toe aan de Diels-Alder-reactie van het latente verharder en de katalytische eigenschappen van MXene.

Deze innovatieve ééncomponent-epoxy vertoont een groot potentieel voor toepassingen in lijmen, coatings en elektromagnetische afschermingsmaterialen. Het is bijzonder veelbelovend als hoogwaardig composietmateriaal van de volgende generatie voor de telecommunicatie-, elektronische apparaten- en bouwsector.

Het team is van plan de hoge elektrische geleidbaarheid van MXene verder te benutten om composieten met elektromagnetische afscherming en Joule-verwarmingseigenschappen te ontwikkelen. Dit zal een breed scala aan industriële toepassingen mogelijk maken en het mondiale concurrentievermogen vergroten.

Dr. Jaewoo Kim van KIST zei: “Deze technologie vertegenwoordigt een innovatieve één-component epoxy die zowel opslagstabiliteit bij hoge temperaturen als vlamvertraging bereikt, waardoor deze zeer toepasbaar is in industriële omgevingen. Door onze samenwerking met Sungkyunkwan University streven we ernaar de mondiale concurrentievermogen.”

Professor Chongmin Koo van de Sungkyunkwan Universiteit benadrukte: “De unieke tweedimensionale nanomateriaaleigenschappen van MXene maken het veelzijdig voor de ontwikkeling van composietmaterialen met vlamvertraging en thermische stabiliteit, wat het belang van dit onderzoek benadrukt.”