Nowe postępy w materiałach poliuretanowych do ultraszybkiej naprawy

Rozwój materiałów polimerowych posiadających zdolność samonaprawy, dzięki którym uszkodzone materiały mogą skutecznie samoleczyć się i regenerować, jest jednym ze sposobów łagodzenia „białego zanieczyszczenia”. Jednakże trudno jest przeprowadzić samonaprawę polimerów szklistych w temperaturze pokojowej ze względu na dużą gęstość ułożenia molekularnego i zamrożoną sieć ruchu łańcuchów molekularnych. Chociaż w ostatnich latach dokonał się przełom w dziedzinie szklistych, samonaprawiających się materiałów polimerowych, niskie właściwości mechaniczne, skomplikowane metody naprawy i długi czas naprawy utrudniają ich praktyczne zastosowanie. Dlatego też opracowanie wysokowydajnych materiałów polimerowych zdolnych do szybkiej naprawy w stanie szklistym jest niewątpliwie dużym wyzwaniem.

Niedawno zespół prof. Jinronga Wu z College'u zgłosił szklisty hiperrozgałęziony poliuretan (UGPU), który można szybko naprawić w temperaturze pokojowej. W tej pracy naukowcy uzyskali materiały poliuretanowe z acyklicznymi łańcuchami heteroatomowymi i strukturami hiperrozgałęzionymi w drodze reakcji metodą sprzężonych monomerów. Ta unikalna struktura molekularna łączy w sobie wysoką ruchliwość molekularną hiperrozgałęzionych polimerów z wieloma wiązaniami wodorowymi poliuretanów, tworząc sieć wiązań wodorowych o dużej gęstości opartą na wiązaniach mocznikowych, uretanowych i rozgałęzionych końcowych grupach hydroksylowych. UGPU ma wytrzymałość na rozciąganie do nawet 70 MPa, moduł zachowawczy 2,5 GPa i temperatura zeszklenia znacznie wyższa niż temperatura pokojowa (53 ℃), co sprawia, że ​​UGPU jest sztywnym, przezroczystym, szklistym tworzywem sztucznym.

UGPU ma doskonałą zdolność samoleczenia i może realizować szkliste samoleczenie pod ciśnieniem. Jednocześnie badacze odkryli, że bardzo małe ilości wody zaaplikowane na sekcję UGPU znacznie przyspieszają tempo naprawy. To rekord wszechczasów w zakresie materiałów samonaprawiających się. Ponadto naprawiona próbka wytrzymuje próbę pełzania o wartości 10 MPa, co jest wystarczające, aby spełnić wymagania aplikacyjne dotyczące szybkiej naprawy i dalszej eksploatacji po uszkodzeniu elementów konstrukcyjnych.