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Intrinsic flame retardant phosphonate-based vitrimers as a recyclable alternative for commodity polymers in composite materials

  • Recycling of crosslinked fiber-reinforced polymers is difficult. Moreover, as they are often based on flammable resins, additional additives are needed. So-called “vitrimers” open the possibility of Recycling and reprocessing and repairing with dynamically crosslinked chemistries. To date, vitrimer-based composites still need flame retardant additives, such as organophosphates. An additive-free vitrimer composite has not been reported. Herein, we synthesized an intrinsic flame-retardant vitrimer, relying on vinylogous polyurethanes containing covalently installed phosphonates as flame-retardant units and prepared glassfiber-reinforced composites. We studied recycling and flame retardant properties and compared the data to phosphorus-free vitrimers and conventional epoxy resins (with and without additive flame retardant). Our phosphonate-based vitrimer proved in first tests, a flame retardant effect comparable to commercial flame retardant resins. The bending strength and bendingRecycling of crosslinked fiber-reinforced polymers is difficult. Moreover, as they are often based on flammable resins, additional additives are needed. So-called “vitrimers” open the possibility of Recycling and reprocessing and repairing with dynamically crosslinked chemistries. To date, vitrimer-based composites still need flame retardant additives, such as organophosphates. An additive-free vitrimer composite has not been reported. Herein, we synthesized an intrinsic flame-retardant vitrimer, relying on vinylogous polyurethanes containing covalently installed phosphonates as flame-retardant units and prepared glassfiber-reinforced composites. We studied recycling and flame retardant properties and compared the data to phosphorus-free vitrimers and conventional epoxy resins (with and without additive flame retardant). Our phosphonate-based vitrimer proved in first tests, a flame retardant effect comparable to commercial flame retardant resins. The bending strength and bending modulus for the phosphorus-vitrimer glass fiber composites were comparable to glass fiber composites with permanently cross-linked epoxies. In summary, we were able to prove that the covalent installation of phosphonates into vitrimers allows the preparation of recyclable and intrinsic flame retardant composites that do not need flame retardant additives. We believe this concept can be expanded to other polymer networks and additives to generate recyclable and sustainable high-performance materials.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:J. C. Markwart, Alexander Battig, T. Urbaniak, K. Haag, K. Koschek, Bernhard SchartelORCiD, F. R. Wurm
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Polymer Chemistry
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Jahrgang/Band:11
Ausgabe/Heft:30
Erste Seite:4933
Letzte Seite:4941
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Freie Schlagwörter:Flame retardant; Organophosphonate; Polyurethane; Recyclable; Vitrimer
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
Infrastruktur / Fire Science
Material
Material / Degradation von Werkstoffen
Umwelt
Umwelt / Circular Economy
DOI:10.1039/d0py00275e
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-510889
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:10.08.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:10.09.2020
Paper des Monats:Ja
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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