Dual-termico e foto-reticolazione di catene polimeriche per la sintesi di elastomeri versatili. Scienziati giapponesi sono riusciti a sviluppare un film elastomerico con elasticità regolabile utilizzando un processo di reticolazione termica e fotoindotta in due fasi che ha consentito il controllo della rigidità in base al tempo di esposizione alla radiazione UV. Credito:Mikihiro Hayashi del Nagoya Institute of Technology
Elastomeri, o polimeri elastici, materiali ad alta elasticità, sono ampiamente utilizzati per applicazioni nelle industrie, come quello automobilistico, produzione, e petrolio e gas. Il grado di elasticità di questi materiali, indicato da un parametro noto come "modulo di Young, " dipende dall'entità della reticolazione tra gli strati polimerici costituenti in modo tale che una maggiore reticolazione porti a una maggiore rigidità, e, a sua volta, implica un modulo di Young grande.
Applicazioni diverse richiedono elastomeri di diversa rigidità. Ad esempio, il modulo di Young desiderabile per pneumatici è diverso da quello per tubi e tubi flessibili. Finora, per elastomeri convenzionali, una volta avvenuta la reticolazione delle catene polimeriche, le loro proprietà non possono essere modificate, che richiedono alle industrie di produrre elastomeri diversi per applicazioni diverse. Ma cosa accadrebbe se potessimo preparare un singolo elastomero con proprietà versatili per una vasta gamma di applicazioni?
In un nuovo studio pubblicato su Polimero , Dr. Mikihiro Hayashi del Nagoya Institute of Technology, Giappone, ei suoi colleghi ora hanno fatto proprio questo. Il team ha sintetizzato con successo un film di elastomero il cui allungamento può essere controllato mediante fotoreazione post-preparazione per adattarsi all'applicazione desiderata, così, risparmio di tempo, costi e risorse umane.
Per sviluppare questo elastomero, gli scienziati hanno dotato un poliestere (polimero con un gruppo estere) con gruppi termoreattivi e fotoreattivi, che reagiscono al calore e alla luce, rispettivamente. Hanno quindi seguito un processo in due fasi in cui i gruppi termoreattivi sono stati prima sottoposti a reticolazione termica e quindi il gruppo fotoreattivo ha formato reticolazioni in presenza di luce UV. Gli scienziati hanno osservato che il materiale ottenuto dopo la reticolazione termica era morbido e flessibile, ma quando ulteriormente trattato con luce UV, il materiale aumentava di rigidità a seconda del tempo di esposizione. Infatti, se esposto per 30 minuti, il modulo di Young del materiale è aumentato di due ordini di grandezza!
Proprietà a trazione e comportamento alla fessurazione in elastomeri disomogenei modellati orizzontali e verticali. Illuminando selettivamente la pellicola di elastomero utilizzando fessure di fotomascheramento modellate, gli scienziati hanno prodotto pellicole modellate verticalmente che hanno mostrato un interessante comportamento alla frattura caratterizzato da una soppressione delle crepe nelle sezioni morbide. Credito:Mikihiro Hayashi del Nagoya Institute of Technology
Questa scoperta senza precedenti ha entusiasmato gli scienziati. Il dottor Hayashi afferma, "Sviluppando questo elastomero utilizzando la doppia reticolazione termica e foto, abbiamo dimostrato che la regolazione post-preparazione della resistenza alla trazione nei materiali è possibile. Eravamo curiosi di esplorare ulteriormente i vantaggi di questo materiale".
Di conseguenza, hanno progettato pellicole in elastomero con modelli disomogenei del modulo di Young attraverso l'illuminazione UV selettiva. Gli scienziati hanno ottenuto questo risultato utilizzando fessure di fotomascheramento orizzontali e verticali, creando pattern di sezioni morbide e rigide. Testando le pellicole a motivi orizzontali sotto stress, le sezioni rigide non mostravano quasi nessuna deformazione, mentre le sezioni molli hanno mostrato un allungamento di 5 volte. Sorprendentemente, però, i film disposti verticalmente hanno mostrato un'eccellente tenacità e hanno ritardato la propagazione delle cricche. Mentre una crepa su una pellicola completamente rigida si propaga istantaneamente, una crepa sulla pellicola disomogenea si è fermata al raggiungimento della sezione morbida. Più il numero di modelli, più lenta era la crescita della fessura.
"I nostri risultati possono fornire utili spunti per lo sviluppo di nuove metodologie per il controllo del comportamento alla frattura degli elastomeri, " commenta il dottor Hayashi, parlando delle ramificazioni pratiche del loro studio. "Inoltre, la nostra tecnica potrebbe aiutare a risparmiare il consumo di prodotti chimici in eccesso, e risolvere i problemi associati all'esaurimento delle risorse petrolifere, " Aggiunge.
