Nouvelles avancées dans les matériaux en polyuréthane pour une réparation ultra-rapide
Le développement de matériaux polymères auto-réparateurs, permettant aux matériaux endommagés de se réparer et de se régénérer efficacement, constitue un moyen de lutter contre la pollution blanche. Cependant, l'auto-réparation à température ambiante des polymères vitreux s'avère complexe en raison de la forte densité d'empilement moléculaire et du blocage du mouvement des chaînes moléculaires. Malgré les avancées réalisées ces dernières années dans le domaine des polymères vitreux auto-réparateurs, leurs faibles propriétés mécaniques, la complexité des méthodes de réparation et la durée importante de ces dernières limitent leur application pratique. Par conséquent, le développement de matériaux polymères performants, capables d'une réparation rapide à l'état vitreux, représente un défi majeur.
Récemment, l'équipe du professeur Jinrong Wu a présenté un polyuréthane hyperbranché vitreux (UGPU) réparable rapidement à température ambiante. Dans leurs travaux, les chercheurs ont obtenu des polyuréthanes à chaînes hétéroatomiques acycliques et à structure hyperbranchée par la méthode des monomères couplés. Cette structure moléculaire unique combine la grande mobilité moléculaire des polymères hyperbranchés aux multiples liaisons hydrogène des polyuréthanes, formant ainsi un réseau dense de liaisons hydrogène basé sur les liaisons urée, les liaisons uréthane et les groupes hydroxyle terminaux ramifiés. L'UGPU présente une résistance à la traction de 70 MPa, un module de conservation de 2,5 GPa et une température de transition vitreuse nettement supérieure à la température ambiante (53 °C), ce qui en fait un plastique vitreux rigide et transparent.
L'UGPU possède d'excellentes propriétés d'auto-réparation et peut se réparer sous pression grâce à un processus vitreux. Par ailleurs, les chercheurs ont constaté que l'application de quantités infimes d'eau sur la zone en UGPU accélérait considérablement le processus de réparation. Il s'agit d'un record absolu pour les matériaux auto-réparateurs. De plus, l'échantillon réparé résiste à un test de fluage de 10 MPa, ce qui est largement suffisant pour répondre aux exigences d'application en matière de réparation rapide et de maintien en service après endommagement de composants structuraux.