Naukowcy firmy RIKEN opracowują samonaprawiający się polimer używając do tego po raz pierwszy gotowego związku. Strategia, którą zastosowali, jest obiecująca szczególnie w zakresie poprawy trwałości i minimalizacji wpływu na środowisko różnych komercyjnych polimerów dla szerokiego zakresie zastosowań.
Zmniejszenie obciążenia środowiska
Polimery zdolne do samonaprawy po uszkodzeniu będą działać dłużej, a tym samym zmniejszą koszty i obciążenie dla środowiska. Obecne strategie wytwarzania samonaprawiających się polimerów opierają się głównie na odwracalnych reakcjach chemicznych, ale zwykle wiąże się to ze złożonymi procesami syntezy. Ponadto mechanizmy „samonaprawiania” oparte na reakcjach chemicznych mogą także nie działać w pewnych środowiskach, takich jak woda oraz roztwory kwaśne i zasadowe.
W idealnym przypadku naukowcy zajmujący się materiałami chcieliby wytwarzać polimery, które mogą się samodzielnie regenerować w szerokim zakresie warunków, z łatwo dostępnych materiałów, przy użyciu prostych procesów syntezy. Poliolefiny, do których należą polietylen i polipropylen, są najbardziej wszechobecnym syntetycznym polimerem na świecie. „Poliolefiny są wszędzie wokół nas; są używane do pakowania żywności, odzieży, samochodów oraz urządzeń elektronicznych i medycznych”, mówi Zhaomin Hou z RIKEN Center for Sustainable Resource Science. „Wytwarzanie samonaprawiających się poliolefin zwiększyłoby żywotność, bezpieczeństwo i wpływ na środowisko materiałów używanych w wielu zastosowaniach”.
Hou i współpracownikom udało się stworzyć formę poliolefinowego poliizoprenu – syntetycznego odpowiednika lateksu kauczukowego, który jest stosowany w oponach, gumkach i podeszwach butów – który wykazuje solidny, fizyczny mechanizm samoleczenia. Co ważne, samonaprawiający się poliizopren jest wytwarzany z tego samego budulca, co zwykły poliizopren — izoprenu.
Katalizator ziem rzadkich do samonaprawiających się mikrostruktur
Aby zademonstrować zdolność polimeru do samoleczenia, zespół przeciął blok na pół, a następnie połączył te dwa kawałki w temperaturze pokojowej na jedną minutę. Zagojona próbka mogła bez rozerwania unieść ciężar do 2,5 kilograma.
Sekretem ich sukcesu było zastosowanie katalizatora z metali ziem rzadkich do wytworzenia mieszaniny dwóch różnych mikrostruktur poliizoprenu. Jedna mikrostruktura była stosunkowo twarda, a druga miękka. Stosunek mikrostruktury twardej do miękkiej wynoszący około 7:3 był optymalny dla właściwości samonaprawiania. Zespół podejrzewa, że twarde mikrostruktury łączą się ze sobą, tworząc punkty łączące molekuły i że ta sieć powoduje samoleczenie.
„Ostatecznym celem jest wykorzystanie łatwo dostępnych monomerów do produkcji twardych, samonaprawiających się polimerów, które są zdolne do samoistnej naprawy, gdy doznają uszkodzeń mechanicznych w rzeczywistych środowiskach bez udziału zewnętrznego”, mówi Hou. „Wierzymy, że ta praca oferuje bezprecedensowe spostrzeżenia, które pomogą osiągnąć ten cel”.
