Novos avanços em materiais de poliuretano para reparos ultrarrápidos
O desenvolvimento de materiais poliméricos com capacidade de autorreparação, permitindo que materiais danificados se recuperem e se regenerem de forma eficaz, é uma das formas de mitigar a "poluição branca". No entanto, a autorreparação de polímeros vítreos à temperatura ambiente é difícil devido à alta densidade de empilhamento molecular e à rede congelada que impede o movimento das cadeias moleculares. Embora avanços significativos tenham sido feitos em materiais poliméricos autorreparáveis no estado vítreo nos últimos anos, as baixas propriedades mecânicas, os métodos de reparo complexos e o longo tempo de recuperação dificultam sua aplicação prática. Portanto, o desenvolvimento de materiais poliméricos de alto desempenho capazes de reparo rápido no estado vítreo representa, sem dúvida, um grande desafio.
Recentemente, a equipe do Prof. Jinrong Wu, da Faculdade, relatou a descoberta de um poliuretano hiperramificado vítreo (UGPU) que pode ser reparado rapidamente à temperatura ambiente. Neste trabalho, os pesquisadores obtiveram materiais de poliuretano com cadeias heteroatômicas acíclicas e estruturas hiperramificadas por meio da reação com o método de monômeros acoplados. Essa estrutura molecular única combina a alta mobilidade molecular dos polímeros hiperramificados com as múltiplas ligações de hidrogênio dos poliuretanos, formando uma rede de ligações de hidrogênio de alta densidade baseada em ligações de ureia, ligações uretânicas e grupos hidroxila terminais ramificados. O UGPU apresenta resistência à tração de até 70 MPa, módulo de armazenamento de 2,5 GPa e temperatura de transição vítrea muito superior à temperatura ambiente (53 °C), o que o torna um plástico vítreo rígido e transparente.
O UGPU possui excelente capacidade de autorreparação, podendo realizar autorreparação vítrea sob pressão. Além disso, os pesquisadores descobriram que quantidades extremamente pequenas de água aplicadas à seção de UGPU aceleram significativamente a taxa de reparo. Trata-se de um recorde histórico para materiais autorreparáveis. Ademais, a amostra reparada resiste a um teste de fluência de 10 MPa, o que é suficiente para atender aos requisitos de aplicação de reparo rápido e operação contínua após danos em componentes estruturais.