Forskere er pionerer på en grønnere måde at skabe sammenvævede polymerer med blåt lys

Et par ingeniører ved University of Delaware har udviklet en proces til lettere at danne sammenvævede polymernetværk, hurtigt og bæredygtigt end traditionelle metoder tillader. Deres hemmelige ingrediens? Blåt lys.

Abhishek Shete, kandidatforsker i materialevidenskab og teknik, og Christopher Kloxin, adjunkt i materialevidenskab og teknik og kemisk og biomolekylær teknik, beskriv deres metode i et papir på forsiden af ​​det 24. nummer af Polymerkemi . Papiret har titlen "One-pot blue-light triggered tough interpenetrating polymeric network (IPN) using CuAAC and methacrylate reaktioner."

Polymerer, som er materialer lavet af kæder af molekyler, findes i alt fra mad til tøj til biler. To eller flere typer polymerkæder med forskellige individuelle egenskaber kan også kobles sammen for at danne gennemtrængende polymere netværk, materialer, der ofte kombinerer gunstige mekaniske egenskaber fra hver polymer såsom høj styrke og sejhed.

"Disse kemier bruges uafhængigt i en bred vifte af applikationer, "fra dental kompositter, bilkofangere til stofafgivelsesmaterialer, sagde Shete.

Imidlertid, processen med at forbinde polymerer er ikke enkel. Det kræver to kemiske reaktioner, som typisk initieres gennem enten en langvarig to-trins proces eller en et-trins proces induceret ved forhøjede temperaturer og længere tidsrum.

Metoden Kloxin og Shete udviklede er et trin og virker hurtigt ved stuetemperatur og omgivende forhold.

De bruger 470 nanometer blåt lys, som ligner blåt LED-lys, der bruges til at detektere visse kropsvæsker i gerningsstedsundersøgelser. Dette lys udløser reaktioner med en fotosensibilisator kaldet camphorquinon og en aktivator kaldet amin. Disse materialer er almindeligt anvendt i polymere dentale kompositter til udfyldning af hulrum.

Lyset bestråler materialerne for at fotostimulere de to kemiske reaktioner, men ikke samtidig. Først op er en reaktion kaldet den kobber-katalyserede azid-alkyn cycloaddition (CuAAC) klik polymerisation. Denne reaktion lettes af kobber, og polymerisation sker i trin. Dernæst er en reaktion kaldet methacrylatpolymerisation, som danner et plastik-lignende materiale på en måde, der svarer til at tilføje led til en voksende kæde. "Dette er unikt i den måde, det blå lys inducerer sekventielle reaktioner, " siger Kloxin.

Slutresultatet er et materiale, som Kloxin og Shete beskriver som en "glasagtig film, " mindre skør end ren methacrylat og stærkere end ren CuAAC ved højere temperatur. Filmene fremstillet af dette IPN-materiale udviser også formhukommelse - når de deformeres, den kan returneres til sin oprindelige størrelse og form med 15 minutters opvarmning ved 80 grader Celsius.

Denne blå-lys tilgang til at danne gennemtrængende polymernetværk sparer tid og energi, men det er ikke dens eneste fordele. For en, denne tilgang tillader Kloxin og Shete at kontrollere parret af kemiske reaktioner med øget præcision, giver dem mulighed for at forme polymernetværkene til komplekse former. Denne hurtige metode forhindrer også ingredienserne i at adskilles på en måde, der ellers kunne forstyrre dannelsen af ​​et gennemtrængende polymernetværk.

Ud over, den nye proces kræver ingen af ​​de opløsningsmidler eller additiver, der almindeligvis anvendes i plastfremstilling, ofte tilføjet for at forhindre sprøde brud. Materialerne rapporteret af Kloxin og Shete udviser forbedret sejhed, der overvinder denne skørhed uden opløsningsmidler eller tilsætningsstoffer, også gør det til en grønnere syntetisk tilgang.

Holdet har indgivet et foreløbigt patent på metoden beskrevet i det nye papir. "Disse kemier kunne være knyttet til andre molekyler, " Kloxin sagde, og holdet vil teste deres applikationer til at danne hydrogeler, dentale materialer og andre polymernetværk.