Νέες εξελίξεις στα υλικά πολυουρεθάνης για εξαιρετικά γρήγορη επισκευή

Η ανάπτυξη πολυμερών υλικών με ικανότητα αυτοθεραπείας, έτσι ώστε τα κατεστραμμένα υλικά να μπορούν αποτελεσματικά να αυτοθεραπεύονται και να αναγεννούνται, είναι ένα από τα μέσα για την ανακούφιση της «λευκής ρύπανσης». Ωστόσο, είναι δύσκολο να πραγματοποιηθεί η αυτο-επισκευή σε θερμοκρασία δωματίου των υαλωδών πολυμερών λόγω της υψηλής πυκνότητας μοριακής στοίβαξης και του παγωμένου δικτύου κίνησης της μοριακής αλυσίδας. Αν και τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει καινοτομίες στα υαλώδη αυτο-θεραπευόμενα πολυμερή υλικά, οι χαμηλές μηχανικές ιδιότητες, οι πολύπλοκες μέθοδοι επισκευής και ο μεγάλος χρόνος επισκευής καθιστούν δύσκολη την πρακτική εφαρμογή τους. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη πολυμερών υλικών υψηλής απόδοσης ικανών για γρήγορη επισκευή σε υαλώδη κατάσταση είναι αναμφίβολα μια μεγάλη πρόκληση.

Πρόσφατα, η ομάδα του καθηγητή Jinrong Wu στο Κολέγιο ανέφερε μια υαλώδη υπερδιακλαδισμένη πολυουρεθάνη (UGPU) που μπορεί να επισκευαστεί γρήγορα σε θερμοκρασία δωματίου. Σε αυτή την εργασία, οι ερευνητές έλαβαν υλικά πολυουρεθάνης με άκυκλες ετεροατομικές αλυσίδες και υπερδιακλαδισμένες δομές αντιδρώντας με τη μέθοδο συζευγμένου μονομερούς. Αυτή η μοναδική μοριακή δομή συνδυάζει την υψηλή μοριακή κινητικότητα των υπερδιακλαδισμένων πολυμερών με τους πολλαπλούς δεσμούς υδρογόνου των πολυουρεθανών για να σχηματίσει ένα δίκτυο δεσμών υδρογόνου υψηλής πυκνότητας που βασίζεται σε δεσμούς ουρίας, δεσμούς ουρεθάνης και διακλαδισμένες τερματικές ομάδες υδροξυλίου. Η UGPU έχει αντοχή εφελκυσμού έως 70 MPa, συντελεστής αποθήκευσης 2,5 GPa και θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού που είναι πολύ υψηλότερη από τη θερμοκρασία δωματίου (53 ℃), γεγονός που καθιστά το UGPU ένα άκαμπτο διαφανές γυάλινο πλαστικό.

Το UGPU έχει εξαιρετική ικανότητα αυτο-ίασης και μπορεί να πραγματοποιήσει υαλώδη αυτο-ίαση υπό πίεση. Ταυτόχρονα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι εξαιρετικά μικρές ποσότητες νερού που εφαρμόζονταν στο τμήμα UGPU επιτάχυναν σημαντικά τον ρυθμό επισκευής. Είναι ένα ρεκόρ όλων των εποχών για αυτοθεραπευόμενα υλικά. Επιπλέον, το επισκευασμένο δείγμα μπορεί να αντισταθεί σε μια δοκιμή ερπυσμού 10 MPa, η οποία είναι επαρκής για να καλύψει τις απαιτήσεις εφαρμογής της ταχείας επισκευής και της συνεχούς συντήρησης μετά από ζημιά στα δομικά στοιχεία.