Neue Fortschritte bei Polyurethanmaterialien für ultraschnelle Reparaturen

Die Entwicklung von Polymermaterialien mit Selbstheilungsfähigkeit, damit beschädigte Materialien sich effektiv selbst heilen und regenerieren können, ist eines der Mittel zur Linderung der „weißen Verschmutzung“. Aufgrund der hohen Dichte der Molekülstapelung und des eingefrorenen Netzwerks der Molekülkettenbewegung ist es jedoch schwierig, eine Selbstreparatur glasartiger Polymere bei Raumtemperatur zu realisieren. Obwohl in den letzten Jahren Durchbrüche bei den glasartigen selbstheilenden Polymermaterialien erzielt wurden, erschweren die geringen mechanischen Eigenschaften, die komplexen Reparaturmethoden und die lange Reparaturzeit eine praktische Anwendung. Daher ist die Entwicklung leistungsstarker Polymermaterialien, die im Glaszustand schnell repariert werden können, zweifellos eine große Herausforderung.

Kürzlich berichtete das Team von Prof. Jinrong Wu am College über ein glasartiges hyperverzweigtes Polyurethan (UGPU), das bei Raumtemperatur schnell repariert werden kann. In dieser Arbeit erhielten die Forscher Polyurethanmaterialien mit azyklischen Heteroatomketten und hyperverzweigten Strukturen durch Reaktion mit der Methode der gekoppelten Monomere. Diese einzigartige Molekülstruktur kombiniert die hohe molekulare Beweglichkeit von hyperverzweigten Polymeren mit den mehrfachen Wasserstoffbrückenbindungen von Polyurethanen, um ein hochdichtes Wasserstoffbrückenbindungsnetzwerk zu bilden, das auf Harnstoffbindungen, Urethanbindungen und verzweigten terminalen Hydroxylgruppen basiert. UGPU hat eine Zugfestigkeit von bis zu 70 MPa, ein Speichermodul von 2,5 GPa und eine Glasübergangstemperatur, die viel höher als die Raumtemperatur (53 °C) ist, was UGPU zu einem starren, transparenten, glasartigen Kunststoff macht.

UGPU verfügt über eine hervorragende Selbstheilungsfähigkeit und kann unter Druck eine glasartige Selbstheilung realisieren. Gleichzeitig stellten die Forscher fest, dass extrem geringe Wassermengen, die auf den UGPU-Abschnitt aufgetragen wurden, die Reparaturrate erheblich beschleunigten. Es ist ein Allzeitrekord für selbstheilende Materialien. Darüber hinaus hält die reparierte Probe einem Kriechtest von 10 MPa stand, was ausreicht, um die Anwendungsanforderungen einer schnellen Reparatur und fortgesetzten Nutzung nach Schäden an Strukturkomponenten zu erfüllen.