Новости химической науки > Полимер с уникальной способностью к самовосстановлению

Любой знает, что рано или поздно порез на коже затягивается, сломанная кость срастается, чего нельзя сказать на поцарапанной краске на крыле машины или летательного аппарата.

Специалисты по химии материалов давно разрабатывают материалы, способные к самовосстановлению; такие материалы должны отличаться увеличенным сроком годности, а также облегчать процесс ремонта или починки изделий или покрытий, изготовленных из них.

Исследователи получили полимер, структурные звенья которого были поперечно сшиты тритиокарбонатными фрагментами. Самопроизвольное объединение двух полимерных фрагментов, за счет инициируемого ультрафиолетовым облучением сшивания полимерных нитей, может протекать как в растворе, так и при повреждении «куска» нового материала. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed, 2011, DOI: 10.1002/anie.201003888)

Криштоф Матяжевский (Krzysztof Matyjaszewski) с соавторами из Университета Карнеги Меллон (Питтсбург, США) и Университета Киюши (Япония) получили полимер, способный к самовосстановлению при облучении ультрафиолетом, причем цикл повреждение-восстановление может проходить несколько раз.

Как уверяют исследователи, полученный ими полимер является первым материалом, в котором осуществляется многократное образование разрушаемых ковалентных связей таким образом, что могут «срастись» даже два полностью разъединенных куска материала.

Ряд разработанных ранее самовосстанавливающихся материалов содержали капсулы, которые, повреждаясь при разрыве материала, выпускали восстанавливающие структуру полимера химические вещества, однако при реализации такого подхода каждая капсула может использоваться для восстановления полимера лишь единожды. Ряд других материалов может самовосстанавливаться несколько раз подряд, однако, так как это происходит за счет восстановления ион-ионного взаимодействия или сетки водородных связей, такие материалы обычно отличаются небольшой прочностью.

Новый полимерный материал, созданный исследователями из США и Японии, отличается от вышеупомянутых систем в лучшую сторону тем, что он обладает достаточной прочностью на разрыв, и, при этом может подвергаться неоднократному восстановлению. Секрет нового материала заключается в том, что нити этого полимера сшиты с помощью тритиокарбонатных фрагментов.

Тритиокарбонатные фрагменты могут реструктурироваться при облучении ультрафиолетом. В результате облучения в тритиокарбонате разрушается связь углерод-сера, что приводит к образованию радикалов, которые затем быстро атакуют другую тритиокарбонатную группу, регенерируя связь углерод-сера, образуя дополнительные радикалы. Инициированная ультрафиолетом реакция останавливается при встрече и рекомбинации двух радикалов.

Исследователям удалось наблюдать УФ-инициированное восстановление полимера, даже разрезанного на два отдельных фрагмента, при этом восстановление протекало и при погружении разрезанных частей полимера в жидкость, так и вне жидкости – во втором случае просто плотно сжать края поврежденного полимера и облучить их. Края поврежденного полимера быстро срастались за счет протекания радикального процесса, описанного выше.

Самовосстановление полимера может протекать даже эффектнее – если измельчить кусок полимера, сжать эти небольшие фрагменты друг с другом и облучить, они образуют единый кусок полимера, форма которого соответствует форме камеры, в которой проходило сжатие фрагментов и их облучение. Благодаря химизму процесс самовосстановления одного и того же образца полимера может быть проведен неоднократно. Дополнительной положительной чертой нового полимерного материала является и о, что он практически безопасен с экологической точки зрения.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed, 2011, DOI: 10.1002/anie.201003888

метки статьи: #новые материалы, #органическая химия, #химия полимеров