Новый полиуретан самовосстанавливается при комнатной температуре

Профессора Кан Юэ и Жунжун Ху из Южно-китайского технологического университета разработали эластичный полиуретан (PU-S), заменив кислород серой в звеньях, удлиняющих полимерные цепи.

Учёные преодолели противоречие в свойствах полиуретановых эластомеров — сложность одновременного достижения высокой прочности и быстрого самовосстановления при комнатной температуре. Для этого они применили стратегию молекулярного замещения: заменили традиционные удлинители цепей на основе мочевины на тиомочевинные звенья.

В результате сформировалась неупорядоченная, асимметричная и плотная сеть многоточечных водородных связей, что повысило подвижность сегментов цепей и ускорило обмен водородных связей. После разрезания и 24 часов восстановления при 25 °C материал вернул до 92% исходной способности поглощать энергию при растяжении до разрыва. Прочность на растяжение после восстановления составила 19,5 МПа против исходных 23,7 МПа; удлинение при разрыве до повреждения достигало 1080%.

Исследователи раскрыли механизм быстрого самовосстановления с помощью различных методов анализа, включая инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье, эксперименты по релаксации напряжений, динамический механический анализ, реологические исследования и расчёты по теории функционала плотности. Выяснилось, что энергия активации релаксации напряжений у нового материала низкая (41,8 кДж/моль), а его водородные связи обратимо разрываются и восстанавливаются при изменении температуры.

Работа опубликована в журнале CCS Chemistry и открывает новые возможности для создания гибких электронных и мягких роботизированных материалов.

Источник: EurekAlert!