Ett par ingenjörer vid University of Delaware har utvecklat en process för att lättare bilda sammanvävda polymernätverk, snabbt och hållbart än vad traditionella metoder tillåter. Deras hemliga ingrediens? Blåljus.

Abhishek Shete, forskarassistent i materialvetenskap och teknik, och Christopher Kloxin, biträdande professor i materialvetenskap och teknik och kemisk och biomolekylär teknik, beskriv deras metod i ett papper som finns på omslaget till det 24:e numret av Polymerkemi . Papperet har titeln "One-pot blue-light triggered tough interpenetrating polymeric network (IPN) using CuAAC and methacrylate reactions."

Polymerer, som är material gjorda av molekylkedjor, finns i allt från mat till kläder till bilar. Två eller flera typer av polymerkedjor med olika individuella egenskaper kan också kopplas samman för att bilda genomträngande polymera nätverk, material som ofta kombinerar gynnsamma mekaniska egenskaper från varje polymer såsom hög hållfasthet och seghet.

"Dessa kemier används oberoende av varandra i ett brett spektrum av applikationer, "från tandkompositer, bilstötfångare till läkemedelsleveransmaterial, Sa Shete.

Dock, processen med att länka polymerer är inte enkel. Det kräver två kemiska reaktioner, som typiskt initieras genom antingen en lång tvåstegsprocess eller en enstegsprocess inducerad vid förhöjda temperaturer och längre tidsintervaller.

Metoden Kloxin och Shete utvecklade är ett steg och fungerar snabbt vid rumstemperatur och omgivande förhållanden.

De använder 470-nanometer blått ljus, som liknar blått LED -ljus som används för att upptäcka vissa kroppsvätskor vid brottsplatsundersökningar. Detta ljus utlöser reaktioner med en fotosensibilisator som kallas kamferkinon och en aktivator som kallas amin. Dessa material används vanligen i polymera tandkompositer för fyllning av hålrum.

Ljuset bestrålar materialen för att fotostimulera de två kemiska reaktionerna, men inte samtidigt. Först ut är en reaktion som kallas den kopparkatalyserade azid-alkyn-cykloaddition (CuAAC) klickpolymerisationen. Denna reaktion underlättas av koppar, och polymerisation sker i steg. Därefter är en reaktion som kallas metakrylatpolymerisation, som bildar ett plastliknande material på ett sätt som liknar att lägga länkar till en växande kedja. "Detta är unikt på det sätt som det blå ljuset framkallar sekventiella reaktioner, säger Kloxin.

Slutresultatet är ett material som Kloxin och Shete beskriver som en "glasig film, "mindre spröd än rent metakrylat och starkare än rent CuAAC vid högre temperatur. Filmerna som tillverkas av detta IPN -material uppvisar också formminne - när de deformeras, den kan återställas till sin ursprungliga storlek och form med 15 minuters uppvärmning vid 80 grader Celsius.

Denna strategi för blått ljus för att bilda genomträngande polymernätverk sparar tid och energi, men det är inte dess enda fördelar. För en, detta tillvägagångssätt gör att Kloxin och Shete kan kontrollera paret av kemiska reaktioner med ökad precision, tillåta dem att utforma polymernätverk till komplexa former. Denna snabba metod hindrar också ingredienserna från att separera på ett sätt som annars skulle kunna störa bildandet av ett interpenetrerande polymernätverk.

Dessutom, den nya processen kräver inget av de lösningsmedel eller tillsatser som vanligtvis används vid plasttillverkning, läggs ofta till för att förhindra spröd fraktur. Materialen som rapporterats av Kloxin och Shete uppvisar förbättrad seghet som övervinner denna sprödhet utan lösningsmedel eller tillsatser, vilket också gör det till ett grönare syntetiskt tillvägagångssätt.

Teamet har lämnat in ett provisoriskt patent på metoden som beskrivs i det nya papperet. "Dessa kemier kan fästas till andra molekyler, "Kloxin sa, och teamet kommer att testa sina ansökningar för att bilda hydrogeler, tandmaterial och andra polymernätverk.