Blanding af det ublandbare:En ny tilgang til effektiv sammensmeltning af forskellige polymerer

Tværbundne polymerer er strukturer, hvor store molekylære kæder er bundet sammen, giver ekstraordinære mekaniske egenskaber og kemisk modstandsdygtighed til slutproduktet. Imidlertid, deres modifikation er ikke let. Nu, forskere ved Tokyo Institute of Technology har udviklet en metode, der gør det nemt at fusionere forskellige polymerer sammen, tillader den præcise justering af egenskaberne af det endelige materiale ved at vælge passende basispolymerer og blande dem i den rigtige proportion.

Polymerer, store molekylære kæder sammensat af små gentagne underenheder, kan findes overalt omkring os og også i os. DNA og proteiner er nogle velkendte naturlige polymerer. I modsætning, syntetiske polymerer, såsom plastik, blev først produceret for omkring et århundrede siden, men har siden fundet vej ind i vores hverdag på grund af deres fantastiske egenskaber. Polymerer kan skræddersyes til deres konstituerende underenheder for at give dem mange ønskelige egenskaber, såsom mekanisk styrke, strækbarhed, permeabilitet, og så videre.

En anden måde at opnå endnu flere funktionaliteter i polymerer på er ved at tværbinde dem. Tværbundne polymerer (CPL'er) er polymerer, der er bundet sammen ved hjælp af specielle tværbindingsmolekyler. Visse CPL'er udviser fremragende egenskaber på grund af deres sammenlåste tredimensionelle strukturer. Motiveret af de potentielle applikationer, et forskerhold fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) ledet af professor Hideyuki Otsuka har for nylig opnået et gennembrud på dette område:de formåede at krydsbinde forskellige CPL'er gennem en hidtil uset tilgang. "Udviklingen af ​​en ny metode til at fusionere forskellige CPL'er ville bringe en revolution på området, da deres mekaniske egenskaber let og systematisk kan justeres i en operationel enkel proces, " forklarer Otsuka.

Forskerne nåede dette mål ved at skifte ting op i det tværbindermolekyle, de brugte. For at en CPL skal have selvhelbredende evner, hvilket er meget attraktivt for mange applikationer, polymererne skal forbindes af såkaldte dynamiske kovalente bindinger. Disse bindinger giver også mulighed for at fusionere forskellige typer CPL'er, men de kulstofmolekyler, der anvendes i aktuelt tilgængelige linkere, er tilbøjelige til at oxidere, hvilket komplicerer sammensmeltningen og behandlingen af ​​CPL'er i bulk. Hvad dette forskerhold gjorde, var at bruge et linkermolekyle, kaldet BiTEMPS, der tværbinder polymerer gennem en central svovl-svovl (S-S) kovalent binding. Denne binding kan spaltes midlertidigt i to ved temperaturer højere end 80°C, som giver mulighed for udveksling mellem forskellige polymerer i de frie ender, kaldet TEMPS-radikaler (se figur 1). Gennem denne spaltnings- og gensammenføjningsproces, forskellige CPL'er kan smeltes sammen. En af de vigtigste fordele ved TEMPS-radikalerne er, at de er meget stabile over for ilt, hvilket betyder, at hele behandlingen kan udføres uden at kræve iltpleje.

For at bevise nytten af ​​deres tilgang, forskerne krydsforbundne to typer CPL'er, den ene af dem er meget mere elastisk end den anden. Ved at varmpresse deres blanding, det lykkedes dem at smelte CPL'erne sammen, og det endelige materiales mekaniske egenskaber var afhængige af forholdet mellem de anvendte rå CPL'er. "De mekaniske egenskaber af de smeltede prøver kan justeres bredt for at gøre dem så bløde og elastiske som ønsket. Da mangfoldigheden af ​​tilgængelige polymerer er næsten uendelig, det burde være muligt at generere materialer, der udviser et bredt spektrum af fysiske egenskaber ved hjælp af vores metode ved omhyggeligt at vælge passende polymersammensætninger og blandingsforhold, " konkluderer Otsuka. Denne innovative metode vil markant fremme feltet af CPL'er, giver mulighed for udvikling af meget skræddersyede materialer til specialiserede applikationer.