Samoregeneracja. Terminator wśród polimerów

terminator

Naukowcy z centrum badawczego IK4-CIDETEC w Hiszpanii opracowali pierwszy samoregenerujący się termoutwardzalny polimer, który ulega naprawie bez udziału czynników zewnętrznych.

„Samolecznie” polimeru następuje poprzez odnowę wiązań sieciujących zerwanych w miejscach uszkodzenia. Zazwyczaj uruchomienie procesu regeneracji wiązań wymagało zewnętrznego bodźca, którym mogło być ciepło, światło lub szczególne warunki środowiskowe, np. odpowiednie pH. Artykuł o spontanicznie samoregenerującym się elastomerze został opublikowany w czasopiśmie Materials Horizons, 13 września 2013 roku.

Poprzednim sukcesem naukowców było stworzenie elastomerów silikonowych, z wykorzystaniem nanocząsteczek srebra jako środka sieciującego. Aby polimer mógł zostać „naprawiony” potrzebne było zastosowanie zewnętrznego ciśnienia i drogich komponentów zawierających nanocząstki srebra. Wtedy badaczom nie udało się zachęcić przedsiębiorców do zakupu technologii. Teraz inżynierowie poszli o krok dalej przygotowując elastomer z powszechnie stosowanych materiałów wyjściowych oraz prostej i niedrogiej techniki produkcji.

Naukowcy z odpowiednich substratów zsyntezowali poliuretano-mocznik (z ang. poly(urethane-urea) – PUU) i zmieszali z disulfidami aromatycznymi. Mieszanina została odgazowana próżniowo i pozostawiona do utwardzenia w temperaturze 60°C przez 16 godzin.

W celu sprawdzenia zachowania powstałego materiału, naukowcy przekroili elastomer nożem. Następnie obie części z powrotem dołożyli do siebie w miejscu przecięcia i pozostawili na 2 godziny w temperaturze pokojowej. Zerwane wiązania zostały zregenerowane. Podczas przeprowadzonej próby ręcznego rozciągania materiał nie uległ zerwaniu w miejscu przecięcia. Za naprawę materiału odpowiadała reakcja metatezy disulfidów aromatycznych. Metateza (z łac. metathesis przestawienie) to reakcja chemiczna przebiegająca według ogólnego schematu: A-B + C-D ⇌ A-D + C-B. W wyniku tej reakcji fragmenty reagujących cząsteczek „zamieniają się miejscami” w skoordynowany sposób. Reakcja metatezy disulfidów aromatycznych zachodzi naturalnie w temperaturze pokojowej, co sprawia, że regeneracja elastomeru może odbywać się bez udziału zewnętrznych czynników.

Ibon Odriozola, jeden z naukowców prowadzących badania porównuje zachowanie materiału do zachowania robota T-1000 z filmu Terminator 2. Stwierdził, że elastomer zachowuje się jak „żywy”, gdyż zawsze ulega samonaprawie. Nieoficjalnie nazwał materiał „terminatorem” wśród polimerów. Elastomer posiadający imponującą 97% skuteczność regeneracji w ciągu zaledwie 2 godzin, posiada podobne cechy jak kleje czy uszczelniacze.

Specjaliści w dziedzinie polimerów sugerują, że materiał może zostać wykorzystany do poprawy trwałości tworzyw sztucznych stosowanych np. w samochodach i biomateriałach.

W przyszłości naukowcy chcą skupić się na stworzeniu bardziej wytrzymałych polimerów niż zaprezentowany powyżej stosunkowo miękki elastomer poliuretano-mocznikowy.

Film prezentuje walec wykonany z samoregenerującego polimeru, przecinany powoli za pomocą miedzianego drutu. Eksperyment trwający 10 dni potwierdził unikalne cechy materiału.
http://www.rsc.org/suppdata/mh/c3/c3mh00061c/c3mh00061c_2.wmv

Źródło:
[1] Catalyst-free room-temperature self-healing elastomers based on aromatic disulfide metathesis. Alaitz Rekondo, Roberto Martin, Alaitz Ruiz de Luzuriaga, Germán Cabañero, Hans J. Grandea and Ibon Odriozola
[2] http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2014/MH/
c3mh00061c#!divAbstract | 13.09.2013

[3] http://www.rsc.org/suppdata/mh/c3/c3mh00061c/c3mh00061c.pdf | 13.09.2013
[4] http://pl.wikipedia.org/wiki/Metateza | 13.09.2013
[5] Terminator 2 T-800 @ EMP-SFM by Guitarpop, Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *