Nieuwe ontwikkelingen in polyurethaanmaterialen voor ultrasnelle reparatie

De ontwikkeling van polymeermaterialen met zelfherstellend vermogen, zodat beschadigde materialen effectief zichzelf kunnen herstellen en regenereren, is een van de middelen om de ‘witte vervuiling’ te verminderen. Het is echter moeilijk om zelfherstel van glasachtige polymeren bij kamertemperatuur te realiseren vanwege de hoge dichtheid van moleculaire stapeling en het bevroren netwerk van moleculaire ketenbeweging. Hoewel er de afgelopen jaren doorbraken zijn geboekt in de glasachtige, zelfherstellende polymeermaterialen, maken de lage mechanische eigenschappen, de complexe reparatiemethoden en de lange reparatietijd het moeilijk om het in de praktijk toe te passen. Daarom is de ontwikkeling van hoogwaardige polymeermaterialen die in staat zijn tot snelle reparatie in de glasachtige toestand ongetwijfeld een grote uitdaging.

Onlangs rapporteerde het team van prof. Jinrong Wu aan het College een glasachtig hypervertakte polyurethaan (UGPU) dat snel kan worden gerepareerd bij kamertemperatuur. In dit werk verkregen de onderzoekers polyurethaanmaterialen met acyclische heteroatomaire ketens en hypervertakte structuren door te reageren met de gekoppelde monomeermethode. Deze unieke moleculaire structuur combineert de hoge moleculaire beweeglijkheid van hypervertakte polymeren met de meerdere waterstofbruggen van polyurethaan om een ​​waterstofbindingsnetwerk met hoge dichtheid te vormen op basis van ureumbindingen, urethaanbindingen en vertakte terminale hydroxylgroepen. UGPU heeft een treksterkte van maximaal 70 MPa, een opslagmodulus van 2,5 GPa en een glasovergangstemperatuur die veel hoger is dan de kamertemperatuur (53 ℃), waardoor UGPU een stijve transparante glasachtige kunststof is.

UGPU heeft een uitstekend zelfherstellend vermogen en kan onder druk een glazige zelfgenezing realiseren. Tegelijkertijd ontdekten de onderzoekers dat extreem kleine hoeveelheden water die op het UGPU-gedeelte werden aangebracht, de reparatiesnelheid aanzienlijk versnelden. Het is een record voor zelfherstellende materialen. Bovendien is het gerepareerde monster bestand tegen een kruiptest van 10 MPa, wat voldoende is om te voldoen aan de toepassingseisen van snelle reparatie en voortgezette service na schade aan structurele componenten.