Curing behavior and thermomechanical response of a recyclable epoxy vitrimer

Thermosetting matrix composites are among the most widely used in the market due to their interesting properties such as light weight, high strength, good chemical resistance, and great performances at elevated temperatures. However, they represent a considerable challenge in terms of end-of-life disposal due to the difficulties in recycling thermosetting matrices. Nowadays, most of them end up in landfills, which is one of the least favorable options according to current European directives. To address these issues, recent research trends have focused on the study of systems with dynamic bonds that can open new and promising avenues in the world of plastic matrix composites. In particular, vitrimeric systems appear as an interesting solution, due to their multiple functionalities, including recyclability, reshapability, reprocessability and repairability. In this study, an innovative epoxy vitrimer based on diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) and 4-aminophenyl disulfide (4-AFD) was investigated. The presence of dynamic covalent sulfur-sulfur bonds in the system enables self-healing and recyclability. Specifically, a comparative study was conducted between a stoichiometric formulation and a formulation containing 20% excess of hardener. The curing behavior and thermomechanical response of these systems were analyzed, demonstrating their viability as an alternative to standard thermosetting epoxy matrices to produce fiber-reinforced composites.

I compositi a matrice termoindurente sono tra i più utilizzati sul mercato grazie alle loro interessanti proprietà come leggerezza, elevate proprietà meccaniche, buona resistenza chimica e ottime prestazioni a temperature elevate. Tuttavia, rappresentano una notevole sfida in termini di smaltimento a fine vita a causa delle difficoltà nel riciclaggio delle matrici termoindurenti. Attualmente, la maggior parte di esse finisce in discariche, una delle opzioni meno favorevoli secondo le attuali direttive europee. Per affrontare questi problemi, le recenti tendenze della ricerca si sono concentrate sullo studio di sistemi con legami dinamici che possono aprire nuove e promettenti strade nel mondo dei compositi a matrice plastica. In particolare, i sistemi vitrimerici sembrano essere una soluzione interessante grazie alle loro molteplici funzionalità, tra cui riciclabilità, riformabilità, riprocessabilità e riparabilità. In questo studio è stato esaminato un innovativo vitrimero epossidico basato su diglicidil etere di bisfenolo A (DGEBA) e 4-amminofenil disolfuro (4-AFD). La presenza di legami covalenti dinamici zolfo-zolfo nel sistema ne consente l'autoriparazione e il riciclaggio. In particolare, è stato condotto uno studio comparativo tra una formulazione stechiometrica e una formulazione contenente un eccesso del 20% di indurente. Il comportamento di reticolazione e la risposta termomeccanica di questi sistemi sono stati analizzati, dimostrando la loro validità come alternativa alle matrici epossidiche termoindurenti tradizionali per la produzione di compositi rinforzati con fibre.