Új fejlesztések a poliuretán anyagok terén a rendkívül gyors javítás érdekében

A „fehér szennyezés” enyhítésének egyik eszköze az öngyógyító képességű polimer anyagok fejlesztése, hogy a sérült anyagok hatékonyan öngyógyuljanak és regenerálódjanak. Az üveges polimerek szobahőmérsékletű önjavítását azonban nehéz megvalósítani a molekuláris halmozás nagy sűrűsége és a molekulalánc mozgásának fagyott hálózata miatt. Bár az üveges öngyógyuló polimer anyagokban az elmúlt években áttörések történtek, az alacsony mechanikai tulajdonságok, a bonyolult javítási eljárások és a hosszú javítási idő megnehezíti a gyakorlati alkalmazást. Ezért kétségtelenül komoly kihívást jelent a nagy teljesítményű, üveges állapotban gyorsan javítható polimer anyagok kifejlesztése.

A közelmúltban Prof. Jinrong Wu csapata a Főiskolán egy üveges, hiperelágazó poliuretánról (UGPU) számolt be, amely szobahőmérsékleten gyorsan megjavítható. Ebben a munkában a kutatók aciklusos heteroatomos láncú és hiperelágazó szerkezetű poliuretán anyagokat kaptak a kapcsolt monomer módszerrel reagálva. Ez az egyedülálló molekulaszerkezet egyesíti a hiperelágazó polimerek nagy molekuláris mozgékonyságát a poliuretánok többszörös hidrogénkötésével, így nagy sűrűségű hidrogénkötési hálózatot alkot, amely karbamidkötéseken, uretánkötéseken és elágazó terminális hidroxilcsoportokon alapul. Az UGPU szakítószilárdsága legfeljebb 70 MPa, 2,5 GPa tárolási modulusa és a szobahőmérsékletnél (53 ℃) jóval magasabb üvegesedési hőmérséklet, ami az UGPU-t merev átlátszó üveges műanyaggá teszi.

Az UGPU kiváló öngyógyító képességgel rendelkezik, és nyomás alatt is képes üveges öngyógyítást megvalósítani. Ugyanakkor a kutatók azt találták, hogy az UGPU szakaszra felvitt rendkívül kis mennyiségű víz jelentősen felgyorsította a javítási sebességet. Ez minden idők rekordja az öngyógyító anyagok terén. Ezenkívül a megjavított minta ellenáll a 10 MPa kúszási próbának, ami elegendő ahhoz, hogy megfeleljen a gyors javítás és a szerkezeti elemek károsodása utáni folyamatos szerviz követelményeinek.