超高速修復のためのポリウレタン材料の新たな進歩

損傷した材料が効果的に自己修復して再生できるように、自己修復能力を備えたポリマー材料の開発は、「白色汚染」を軽減する手段の1つです。 しかし、分子の積み重ねが高密度であり、分子鎖運動のネットワークが凍結しているため、ガラス状ポリマーの室温での自己修復を実現することは困難です。 近年、ガラス状の自己修復ポリマー材料に画期的な進歩が見られましたが、機械的特性が低く、修復方法が複雑で、修復時間が長いため、実用化は困難です。 したがって、ガラス状態で迅速に修復できる高性能ポリマー材料の開発が大きな課題であることは間違いありません。

最近、同大学の Jinrong Wu 教授のチームは、室温で迅速に修復できるガラス状多分岐ポリウレタン (UGPU) を報告しました。 この研究では、研究者らはカップリングモノマー法を用いて反応させることにより、非環状ヘテロ原子鎖と超分岐構造を有するポリウレタン材料を取得した。 このユニークな分子構造は、ハイパーブランチポリマーの高い分子運動性とポリウレタンの複数の水素結合を組み合わせて、尿素結合、ウレタン結合、および分岐末端水酸基に基づいた高密度の水素結合ネットワークを形成します。UGPU の引張強度は最大 100 です。 70 MPa、貯蔵弾性率 2.5 GPa、および室温 (53 ℃) よりもはるかに高いガラス転移温度により、UGPU は硬質で透明なガラス状プラスチックになります。

UGPU は優れた自己修復能力を備えており、圧力下でもガラス状の自己修復を実現できます。 同時に、研究者らは、UGPU セクションに適用される極少量の水が修復速度を大幅に加速することを発見しました。 これは自己修復素材としては史上最高記録です。 さらに、修復されたサンプルは 10 MPa のクリープ試験に耐えることができ、これは構造コンポーネントの損傷後の迅速な修復と継続的なサービスのアプリケーション要件を満たすのに十分です。