Mechanisch robuste und strapazierfähige Polyurethan-Folien auf Wasserbasis
Eine neue Studie beschreibt wässrige Polyurethan-Filme auf der Basis von Diselenid-Bindungen und dualen H-Bindungs-Wechselwirkungen mit schneller, durch sichtbares Licht ausgelöster Selbstheilung bei Raumtemperatur.
Die Selbstheilung von Polymermaterialien mit mechanisch robusten und strapazierfähigen Eigenschaften bei Raumtemperatur zu erreichen, ist aufgrund ihrer gegenläufigen Eigenschaften ein anspruchsvolles Unterfangen. Nun wurde ein neuartiges Designkonzept von dynamischen, aber mechanisch robusten und zähen Polymernetzwerken vorgeschlagen, das von dynamischen Diselenidbindungen und dualen H-Bindungen abgeleitet ist, in die flexible fluorierte Siloxaneinheiten und H-gebundene Urethan- und Urea-Gruppen gleichzeitig eingebettet sind.
Durch Anpassung des Massenanteils der eingebetteten fluorierten Siloxaneinheiten konnten wässrige Polyurethane mit guten mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit: 16,31 MPa; Zähigkeit: 69,8 MJ m-3) konstruiert werden. Unterdessen konnte diese optimierte Probe auch bei Raumtemperatur innerhalb von 2 Stunden unter sichtbarem Licht ausgeheilt werden. Damit wird die schnelle Raumtemperatur-Selbstheilung der von uns erarbeiteten Polymere mit mechanisch robusten und zähen Eigenschaften erreicht, die bei den heutigen Polymerwerkstoffen nie erreicht wurde.
Nächste Generation von Smart Materials
Die Rekonstruktion der dualen H-Bindungs-Wechselwirkungen von Urethan- und Urea-Komponenten ist für die Prophasenheilung nach der Wiederverbindung der Bruchflächen verantwortlich, und makromolekulare Ketten, die fluorierte Siloxan-Einheiten mit ausgezeichneter Flexibilität enthalten, konnten in der Folge die durch sichtbares Licht ausgelöste Diselenid-Metathese hocheffizient fördern. Darüber hinaus konnten auch deutlich verbesserte Wasserbeständigkeitseigenschaften erzielt werden. Die ausgearbeitete Strategie soll als Inspiration für die Entwicklung mechanisch robuster und zäher wasserdispergierter Polymermaterialien mit schneller Selbstreparaturleistung bei Raumtemperatur und wünschenswerten Wasserbeständigkeitseigenschaften dienen, die für die nächste Generation von Smart Materials von entscheidender Bedeutung sind.
Die Studie wurde veröffentlicht in Polymer Chemistry, Issue 34, 2020.