ความก้าวหน้าใหม่ในวัสดุโพลียูรีเทนเพื่อการซ่อมที่รวดเร็วเป็นพิเศษ

การพัฒนาวัสดุโพลีเมอร์ที่มีความสามารถในการซ่อมแซมตัวเอง เพื่อให้วัสดุที่เสียหายสามารถซ่อมแซมตัวเองและสร้างใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ถือเป็นวิธีการหนึ่งในการบรรเทา "มลภาวะสีขาว" อย่างไรก็ตาม เป็นการยากที่จะตระหนักถึงการซ่อมแซมตัวเองของโพลีเมอร์แก้วที่อุณหภูมิห้อง เนื่องจากมีความหนาแน่นสูงของการเรียงซ้อนของโมเลกุลและเครือข่ายการแช่แข็งของการเคลื่อนที่ของสายโซ่โมเลกุล แม้ว่าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาจะมีการพัฒนาวัสดุโพลีเมอร์ที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้แบบคล้ายแก้ว แต่คุณสมบัติทางกลที่ต่ำ วิธีการซ่อมแซมที่ซับซ้อน และระยะเวลาการซ่อมแซมที่ยาวนาน ทำให้นำไปใช้ในทางปฏิบัติได้ยาก ดังนั้นการพัฒนาวัสดุโพลีเมอร์ประสิทธิภาพสูงที่สามารถซ่อมแซมได้อย่างรวดเร็วในสถานะคล้ายแก้วจึงเป็นความท้าทายที่สำคัญอย่างไม่ต้องสงสัย

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมงานของศาสตราจารย์จินหรง อู๋ ที่วิทยาลัยรายงานว่า UGPU (Glasy Hyperbranched Polyurethane - UGPU) ที่สามารถซ่อมแซมได้อย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิห้อง ในงานนี้ นักวิจัยได้วัสดุโพลียูรีเทนที่มีสายโซ่เฮเทอโรอะตอมมิกแบบอะไซคลิกและโครงสร้างไฮเปอร์แบรนช์โดยทำปฏิกิริยาด้วยวิธีโมโนเมอร์ควบคู่ โครงสร้างโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์นี้รวมการเคลื่อนที่ของโมเลกุลสูงของโพลีเมอร์ไฮเปอร์แบรนช์เข้ากับพันธะไฮโดรเจนหลายตัวของโพลียูรีเทน เพื่อสร้างเครือข่ายพันธะไฮโดรเจนความหนาแน่นสูงโดยอิงจากพันธะยูเรีย พันธะยูรีเทน และกลุ่มไฮดรอกซิลส่วนปลายกิ่ง UGPU มีความต้านทานแรงดึงสูงถึง 70 MPa โมดูลัสการจัดเก็บ 2.5 GPa และอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วที่สูงกว่าอุณหภูมิห้อง (53 ℃) มาก ซึ่งทำให้ UGPU เป็นพลาสติกแก้วใสที่แข็ง

UGPU มีความสามารถในการรักษาตัวเองได้ดีเยี่ยม และสามารถรับรู้ถึงการรักษาตัวเองที่เป็นกระจกได้ภายใต้ความกดดัน ในเวลาเดียวกัน นักวิจัยพบว่าปริมาณน้ำที่น้อยมากที่ใช้กับส่วน UGPU ช่วยเร่งอัตราการซ่อมแซมได้อย่างมาก เป็นสถิติตลอดกาลสำหรับวัสดุที่สามารถรักษาตัวเองได้ นอกจากนี้ ตัวอย่างที่ได้รับการซ่อมแซมสามารถต้านทานการทดสอบการคืบคลานที่ 10 MPa ซึ่งเพียงพอต่อความต้องการในการใช้งานเพื่อการซ่อมแซมอย่างรวดเร็วและการบริการต่อเนื่องหลังจากความเสียหายต่อส่วนประกอบโครงสร้าง