Nuovi progressi nei materiali poliuretanici per riparazioni ultrarapide

Lo sviluppo di materiali polimerici con capacità di autoriparazione, in modo che i materiali danneggiati possano effettivamente autoripararsi e rigenerarsi, è uno dei mezzi per alleviare l'"inquinamento bianco". Tuttavia, è difficile realizzare l’autoriparazione a temperatura ambiente dei polimeri vetrosi a causa dell’elevata densità di impilamento molecolare e della rete congelata di movimento della catena molecolare. Sebbene negli ultimi anni siano stati compiuti progressi nel campo dei materiali polimerici vetrosi autoriparanti, le basse proprietà meccaniche, i metodi di riparazione complessi e i lunghi tempi di riparazione ne rendono difficile l’applicazione pratica. Pertanto, lo sviluppo di materiali polimerici ad alte prestazioni in grado di riparare rapidamente allo stato vetroso rappresenta senza dubbio una sfida importante.

Recentemente, il team del Prof. Jinrong Wu presso il College ha segnalato un poliuretano iperramificato vetroso (UGPU) che può essere riparato rapidamente a temperatura ambiente. In questo lavoro, i ricercatori hanno ottenuto materiali poliuretanici con catene eteroatomiche acicliche e strutture iperramificate reagendo con il metodo dei monomeri accoppiati. Questa struttura molecolare unica combina l'elevata motilità molecolare dei polimeri iperramificati con i molteplici legami idrogeno dei poliuretani per formare una rete di legami idrogeno ad alta densità basata su legami urea, legami uretanici e gruppi idrossilici terminali ramificati. UGPU ha una resistenza alla trazione fino a 70 MPa, un modulo di accumulo di 2,5 GPa e una temperatura di transizione vetrosa molto più elevata della temperatura ambiente (53 ℃), che rende l'UGPU una plastica vetrosa rigida e trasparente.

UGPU ha un'eccellente capacità di autoriparazione e può realizzare un'autoriparazione vetrosa sotto pressione. Allo stesso tempo, i ricercatori hanno scoperto che quantità estremamente piccole di acqua applicate alla sezione UGPU acceleravano significativamente il tasso di riparazione. È un record assoluto per i materiali autoriparanti. Inoltre, il campione riparato può resistere a un test di creep di 10 MPa, sufficiente a soddisfare i requisiti applicativi di riparazione rapida e servizio continuo dopo danni ai componenti strutturali.