Dubbeltermisk och fototvärbindning av polymerkedjor för syntes av mångsidig elastomer. Forskare från Japan lyckades utveckla en elastomerfilm med inställbar elasticitet med hjälp av en tvåstegs termisk och fotoinducerad tvärbindningsprocess som möjliggjorde styvhetskontroll baserat på tidpunkten för exponering för UV-strålning. Kredit:Mikihiro Hayashi från Nagoya Institute of Technology
Elastomerer, eller elastiska polymerer, material med hög elasticitet, används ofta för tillämpningar inom industrier, såsom bilar, tillverkning, och olja och gas. Graden av elasticitet i dessa material, betecknas med en parameter känd som "Youngs modul, "beror på graden av tvärbindning mellan de ingående polymerskikten så att högre tvärbindning leder till högre styvhet, och, i tur och ordning, innebär en stor Youngs modul.
Olika tillämpningar kräver elastomerer med olika styvhet. Till exempel, den önskvärda Youngs modul för däck skiljer sig från den för rör och slangar. Än så länge, för konventionella elastomerer, när tvärbindningen av polymerkedjor äger rum, deras egenskaper kan inte ändras, kräver att industrier tillverkar olika elastomerer för olika applikationer. Men tänk om vi kunde förbereda en enda elastomer med mångsidiga egenskaper för en rad applikationer?
I en ny studie publicerad i Polymer , Dr. Mikihiro Hayashi från Nagoya Institute of Technology, Japan, och hans kollegor har nu gjort just det. Teamet har framgångsrikt syntetiserat en elastomerfilm vars töjning kan kontrolleras genom fotoreaktion efter beredning för att passa den önskade applikationen, Således, sparar tid, kostnader och personalresurser.
För att utveckla denna elastomer, forskarna utrustade en polyester (polymer med estergrupp) med termoreaktiva och fotoreaktiva grupper, som reagerar på värme och ljus, respektive. De följde sedan en tvåstegsprocess där de termoreaktiva grupperna först genomgick termisk tvärbindning och sedan den fotoreaktiva gruppen bildade tvärbindningar i närvaro av UV-ljus. Forskarna observerade att materialet som erhölls efter termisk tvärbindning var mjukt och flexibelt, men vid ytterligare behandling med UV-ljus, materialet ökade i styvhet beroende på exponeringstidpunkten. Faktiskt, när den exponeras i 30 minuter, materialets Young's Modulus ökade med två storleksordningar!
Dragegenskaper och sprickbeteende i horisontella och vertikala mönstrade inhomogena elastomerer. Genom att selektivt belysa elastomerfilmen med mönstrade fotomaskerande slitsar, forskarna tillverkade vertikalt mönstrade filmer som visade ett intressant brottbeteende som kännetecknas av att sprickor i de mjuka sektionerna dämpades. Kredit:Mikihiro Hayashi från Nagoya Institute of Technology
Detta oöverträffade fynd upphetsade forskarna. Dr Hayashi säger, "Genom att utveckla denna elastomer med dubbla termiska och fototvärbindning, vi bevisade att efterberedning av draghållfasthet i material är möjlig. Vi var intresserade av att ytterligare utforska fördelarna med detta material."
Följaktligen, de designade elastomerfilmer med inhomogen mönstring av Youngs modul genom selektiv UV-belysning. Forskarna åstadkom detta med hjälp av horisontella och vertikala fotomaskeringsslitsar, skapa mönster av mjuka och styva sektioner. Vid testning av de horisontella mönstrade filmerna under stress, de styva sektionerna visade knappast någon deformation, medan de mjuka sektionerna visade 5 gånger förlängning. Förvånande, dock, de vertikalt mönstrade filmerna visade utmärkt seghet och fördröjde spridningen av sprickor. Medan en spricka på en helt stel film fortplantar sig omedelbart, en spricka på den inhomogena filmen upphörde när den nådde den mjuka delen. Ju fler mönster, desto långsammare var sprickans tillväxt.
"Våra resultat kan ge användbara insikter för att utveckla nya metoder för att kontrollera brottbeteendet hos elastomerer, " kommenterar Dr Hayashi, på tal om de praktiska konsekvenserna av deras studier. "Dessutom, vår teknik kan hjälpa till att spara överskott av kemikalieförbrukning, och lösa problem i samband med utarmning av petroleumresurser, " han lägger till.
