I materiali auto-resistenti a base di poliureici mostrano un potenziale significativo nella stampa 3D

I materiali auto-resistenti a base di poliuree mostrano un potenziale significativo nella stampa 3D
Ricercatori internazionali hanno lavorato insieme per migliorare i polimeri autoriparanti, delineando il loro successo nella creazione di un legame urea covalente nei ” legami ureici covalenti dinamici ” recentemente pubblicati e il loro potenziale per lo sviluppo di materiali polimerici autoriparanti . ” In un mondo di dispositivi intelligenti, i materiali intelligenti sono il senso ultimo per la longevità delle parti, dell’elettronica e altro. I polimeri autoriparanti sono dotati della capacità di riparare i difetti prima che l’integrità di un prodotto sia danneggiata.

È facile capire perché gli utenti industriali e, in definitiva, gli utenti di qualsiasi livello, siano interessati ai materiali autoriparanti a causa del potenziale risparmio sui profitti e delle prestazioni estese. Questo tipo di valore potrebbe essere utile a quasi tutte le applicazioni.

Gli autori spiegano che la loro attenzione si è rivolta al legame dell’urea grazie al suo “apice della stabilità” e alla natura dinamica portata avanti attraverso la mediazione dei sali di zinco. Le caratteristiche di auto-guarigione potrebbero anche aiutare a superare alcune delle maggiori sfide con i polimeri che di solito non possono essere riparati dopo essere stati danneggiati. Questa è una preoccupazione ambientale ovvia, insieme a quella economica. I polimeri riparabili attualmente sono sostenuti attraverso il seguente:

Legami covalenti reversibili o irreversibili
Interazioni supramolecolari
Caratteristiche chemio-meccaniche
Memoria di forma
“Inoltre, studi recenti hanno anche dimostrato che le forze di van der Waals così come la separazione microfase nei polimeri termoplastici possono anche facilitare l’auto-guarigione senza elaborate modifiche chimiche”, affermano i ricercatori. “Tra questi metodi, l’uso di legami covalenti dinamici per preparare materiali polimerici autoriparanti è ampiamente studiato, poiché non è necessario alcun evento esterno e il processo di auto-guarigione può essere ripetuto più volte.”

(A) Domanda fondamentale di questo studio: il legame dell’urea può essere reso reversibile dalla catalisi dell’acido di Lewis in presenza di ioni di zinco a diverse temperature, e quindi aprire la strada a poliuree intrinsecamente auto-guarenti? (B) Spettri FTIR di un PDMS-Zn lineare (OAc) 2: un campione appena preparato (curva nera, in alto); il campione fresco è stato riscaldato a 90 ° C per 16 ore (curva rossa), quindi raffreddato a temperatura ambiente per 24 ore (curva gialla) e infine mantenuto a temperatura ambiente per 72 ore (curva ciano scura, in basso). (C) Reazione tra 1,3-dietilurea e 2- (p-tolil) etilammina in presenza di Zn (OAc) 2. (D) Spettri 1H NMR di una miscela 1,3-dietilurea, 2- (p-tolil) etilammina e Zn (OAc) 2 (reazione mostrata in (C)) reagito in DMSO a temperatura ambiente per 2 giorni (curva nera) ea 90 ° C per diversi periodi di tempo (curve cyan rosse, blu e scure);

I polimeri autoriparanti sono stati creati precedentemente in relazione alla chimica covalente dinamica, principalmente attraverso la polimerizzazione a condensazione di un estensore di catena, un cross-linker e piccole molecole contenenti legami covalenti dinamici.

Nell’aggiungere altri legami dinamici, tuttavia, le sostanze chimiche diventano abbastanza complesse da trasformare le proprietà in modo negativo.

“Al contrario, se si è in grado di conferire caratteristiche dinamiche ai legami chimici convenzionali usati per estendere e cross-linkare le catene e ottenere funzioni di auto-guarigione con quelle stesse frazioni, allora ciò sarebbe di grande importanza in quanto non vi sono ulteriori legami esterni devono essere introdotti nelle reti di polimeri “, affermano i ricercatori.

Qui, si sono sforzati di trasformare la frazione di urea in un “motivo covalente dinamico”, tentando di sviluppare i materiali desiderati attraverso i processi di transcarbamoylation. Hanno studiato cinetica di reazione con e senza Zn (OAc) 2 da:

Risonanza magnetica nucleare (NMR)
Spettroscopia a infrarossi a trasformata di Fourier (FTIR)
Gas cromatografia-spettrometria di massa (GC-MS)
Il team ha inoltre confermato le “proprietà dinamiche” del legame dell’urea attraverso una serie di “calcoli di teoria della densità chimica funzionale-quantistica”. In seguito, hanno forgiato avanti nella creazione di materiali, preparando due diverse reti polimeriche reticolate di polidimetilsilossano-Zn (OAc) 2 (PDMS-Zn (OAc) 2 ) e osservandole, osservando che la presenza di ioni di zinco accelera la dissociazione delle uree due ordini di grandezza.

“Basandoci su questo legame urea dinamico, abbiamo sviluppato materiali polimerici a tenuta stagna Zn (OAc) 2 che, a seguito di graffi meccanici, possono essere completamente riparati tramite un semplice trattamento termico”, hanno concluso i ricercatori. “A causa dell’ampia gamma di ammine primarie disponibili in commercio e di monomeri di isocianati, questo metodo può essere utilizzato per preparare molti tipi di nuovi materiali poliurea riutilizzabili e rielaborabili”.

“Di conseguenza, si prevede che i materiali poliurea dinamici abbiano un potenziale significativo in una vasta gamma di applicazioni, come rivestimenti, vernici e stampa 3D. Gli studi sull’influenza di diversi catalizzatori sul carattere dinamico dei legami ureici sono attualmente in corso nei nostri laboratori “.

A) Efficienza curativa dei materiali PDMS con catalizzatori diversi a 90 ° C. (B) Efficienza curativa della rete 2-I (P4) PDMS-Zn (OAc) in funzione della concentrazione di Zn (OAc) 2. (C) Illustrazione schematica del processo di autorigenerazione delle reti PDMS-Zn (OAc) 2: in presenza di ioni Zn, le unità urea possono aprirsi e successivamente ripristinare i materiali riformulandoli in nuove geometrie.

(A) Rappresentazione schematica del percorso sintetico della rete 2-I PDMS-Zn (OAc). (B) Immagine ottica della pellicola PDMS-Zn (OAc) 2-I preparata come (P1) con un graffio (barra della cicatrice: 5 μm). (C) Immagine ottica della pellicola 2-I danneggiata PDMS-Zn (OAc) dopo trattamento termico a 90 ° C per 30 minuti (barra scar: 5 μm). (D) Curve di sforzo-deformazione delle pellicole originali PDMS-Zn (OAc) 2-I (P1) e delle pellicole di taglio dopo trattamento termico a 90 ° C per diversi periodi di tempo.

Be the first to comment on "I materiali auto-resistenti a base di poliureici mostrano un potenziale significativo nella stampa 3D"

Leave a comment