Uusia edistysaskeleita polyuretaanimateriaalien alalla erittäin nopeaan korjaukseen

Sellaisten polymeerimateriaalien kehittäminen, joilla on itsekorjautumiskyky, jotta vaurioituneet materiaalit voivat tehokkaasti parantaa itseään ja uusiutua, on yksi keino lievittää "valkoista saastumista". Lasimaisten polymeerien huoneenlämpöistä itsekorjausta on kuitenkin vaikea toteuttaa molekyylien pinoamisen suuren tiheyden ja molekyyliketjujen liikkeen jäätyneen verkoston vuoksi. Vaikka lasimaisissa itsekorjautuvissa polymeerimateriaaleissa on viime vuosina tehty läpimurtoja, heikot mekaaniset ominaisuudet, monimutkaiset korjausmenetelmät ja pitkä korjausaika vaikeuttavat niiden soveltamista käytännössä. Siksi korkean suorituskyvyn polymeerimateriaalien kehittäminen, jotka pystyvät korjaamaan nopeasti lasimaisessa tilassa, on epäilemättä suuri haaste.

Äskettäin professori Jinrong Wun tiimi Collegessa raportoi lasimaisesta hyperhaarautuneesta polyuretaanista (UGPU), joka voidaan korjata nopeasti huoneenlämmössä. Tässä työssä tutkijat saivat polyuretaanimateriaaleja, joissa oli asyklisiä heteroatomisia ketjuja ja hyperhaarautuneita rakenteita reagoimalla kytkentämonomeerimenetelmällä. Tämä ainutlaatuinen molekyylirakenne yhdistää hyperhaarautuneiden polymeerien korkean molekyylisen liikkuvuuden polyuretaanien useisiin vetysidoksiin muodostaen suuritiheyksisen vetysidosverkoston, joka perustuu ureasidoksiin, uretaanisidoksiin ja haarautuneisiin terminaalisiin hydroksyyliryhmiin. UGPU:n vetolujuus on enintään 70 MPa, varastointimoduuli 2,5 GPa ja lasittumislämpötila, joka on paljon korkeampi kuin huoneenlämpötila (53 ℃), mikä tekee UGPU:sta jäykän läpinäkyvän lasimaisen muovin.

UGPU:lla on erinomainen itsekorjautumiskyky, ja se voi toteuttaa lasimaisen itseparantumisen paineen alaisena. Samaan aikaan tutkijat havaitsivat, että erittäin pienet vesimäärät, joita levitettiin UGPU-osaan, nopeuttavat merkittävästi korjausnopeutta. Se on itsekorjautuvien materiaalien kaikkien aikojen ennätys. Lisäksi korjattu näyte kestää 10 MPa:n virumiskokeen, mikä riittää täyttämään nopean korjauksen ja jatkuvan huollon vaatimukset rakenneosien vaurioiden jälkeen.