Tvärbundna polymerer är strukturer där stora molekylkedjor är sammanlänkade, som ger slutprodukten exceptionella mekaniska egenskaper och kemisk beständighet. Dock, deras modifiering är inte lätt. Nu, forskare vid Tokyo Institute of Technology har utvecklat en metod som gör att olika polymerer enkelt kan smältas samman, möjliggör exakt avstämning av egenskaperna hos det slutliga materialet genom att välja lämpliga baspolymerer och blanda dem i rätt proportion.

Polymerer, stora molekylkedjor sammansatta av små upprepande underenheter, finns runt omkring oss och även inom oss. DNA och proteiner är några välbekanta naturliga polymerer. I kontrast, syntetiska polymerer, som plast, tillverkades först för ungefär ett sekel sedan, men har sedan dess hittat in i våra vardagsliv på grund av deras fantastiska egenskaper. Polymerer kan skräddarsys enligt deras ingående underenheter för att ge dem många önskvärda egenskaper, såsom mekanisk hållfasthet, töjbarhet, permeabilitet, och så vidare.

Ett annat sätt att få ännu fler funktionaliteter i polymerer är genom att tvärbinda dem. Tvärbundna polymerer (CPL) är polymerer som är sammanlänkade med hjälp av speciella tvärbindningsmolekyler. Vissa CPL:er uppvisar enastående egenskaper på grund av sina sammankopplade tredimensionella strukturer. Motiverad av de potentiella applikationerna, ett forskarlag från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) ledd av professor Hideyuki Otsuka har nyligen uppnått ett genombrott inom detta område:de lyckades korslänka olika CPL med varandra genom ett aldrig tidigare skådat tillvägagångssätt. "Utvecklingen av en ny metod för att smälta ihop olika CPL skulle medföra en revolution inom området, eftersom deras mekaniska egenskaper enkelt och systematiskt kan justeras i en operativt enkel process, " förklarar Otsuka.

Forskarna uppnådde detta mål genom att byta saker i tvärbindningsmolekylen de använde. För att en CPL ska ha självläkande förmåga, vilket är mycket attraktivt för många applikationer, polymererna måste förenas med vad som kallas dynamiska kovalenta bindningar. Dessa bindningar möjliggör även sammansmältning av olika typer av CPL, men kolmolekylerna som används i för närvarande tillgängliga länkar är benägna att oxidera, vilket komplicerar sammanslagning och bearbetning av CPL i bulk. Vad detta forskarteam gjorde var att använda en länkmolekyl, kallas BiTEMPS, som tvärbinder polymerer genom en central svavel-svavel (S-S) kovalent bindning. Denna bindning kan tillfälligt klyvas på mitten vid temperaturer högre än 80°C, som möjliggör utbyte mellan olika polymerer vid de fria ändarna, kallas TEMPS-radikaler (se figur 1). Genom denna klyvnings- och återsammanfogningsprocess, olika CPL kan smälta ihop. En av de främsta fördelarna med TEMPS-radikalerna är att de är mycket stabila mot syre, vilket innebär att all bearbetning kan göras utan att det krävs syrgasvård.

För att bevisa användbarheten av deras tillvägagångssätt, forskarna tvärbundna två typer av CPL, en av dem är mycket mer elastisk än den andra. Genom att varmpressa deras blandning, de lyckades smälta samman CPL:erna, och de mekaniska egenskaperna hos det slutliga materialet var beroende av förhållandet mellan de använda råa CPL:erna. "De mekaniska egenskaperna hos de sammansmälta proverna kan justeras brett för att göra dem så mjuka och elastiska som önskas. Eftersom mängden tillgängliga polymerer är nästan oändliga, det borde vara möjligt att generera material som uppvisar ett brett spektrum av fysikaliska egenskaper med hjälp av vår metod genom att noggrant välja lämpliga polymerkompositioner och blandningsförhållanden, "avslutar Otsuka. Denna innovativa metod kommer att avsevärt främja CPL -området, möjliggör utveckling av mycket skräddarsydda material för specialiserade applikationer.