سامانه پلیمری خود ترمیم شونده

در تحقیقات انجام شده کوپلیمرهایی با زنجیر تاه خورده گزارش شده است که در استخوان بندی آن واحدهای دی ایمیدی با کمبود الکترون π وجود دارد. آنالیز طیف سنجی و کریستال سنجی این پلی ایمیدها و مواد مشابه نشان دهنده توانایی تاه خوردگی زنجیر این مواد در بر همکنش با مولکول های آروماتیک غنی از الکترون π می‌باشد (شکل ۱)، در کانفورماسیون تاه خورده، تعداد برهمکنش های توده π-π بیشینه می‌شود. در این کار موتیف گیرنده جدیدی با دو واحد نفتالن-دی ایمید طراحی شده است که با گروه های آزاد تریتیلن هیدروکسی به هم متصل شده‌اند. همچنین یک ماده مدل شامل این موتیف با نسبت مولی ۱:۱ با مشتق پیرن با ثابت اتصال ۱۳۰M^-1 مخلوط شده است. مخلوط کردن پلی‌ایمید بر پایه این موتیف با پلی سیلوکسان با انتهای پیرنی، بدلیل شکنندگی زیاد، موادی ترمیم شونده می‌دهد.

سامانه پلیمری جدید با مکانیک قوی و قابلیت ترمیم شوندگی، از مخلوط یک کوپلی‌ایمید با زنجیر تاه خورده، (ماده ۱، پودر قهوه‌ای مایل به زرد با Mn=16000 و Mw=27000 و Tg=1900C) با پلی آمید با انتهای پیرنیل، (ماده ۲، روغن زرد کمرنگ Mn=6000 و Mw=10000 و Tg=-70C) بدست آمد (شکل۲). پلیمرهای ۳ و ۴ به عنوان مواد کنترل کننده سنتز شدند که هر کدام از آنها فاقد یکی از عوامل کلیدی مورد نیاز برای تشکیل شبکه‌ای بر اساس جا خوردن گروه های انتهایی پیرنیل پلی آمید ۲ در تاه خوردگی پلی‌ایمید ۱ (شکل ۱) هستند. در آزمایش کنترلی، پلی‌ایمید ۱ و پلی آمید ۴ با انتهای بنزیلی تشکیل مواد جدا از هم می‌دهند. برای بررسی نقش اساسی تاه خوردگی زنجیر پلی‌ایمید در ایجاد برهمکنش قوی بین پلیمر، از مخلوط ماده ۵ و ماده ۳ استفاده شد، ماده ۳ فاقد موتیف تاه خوردگی زنجیر تریتیلن دی اکسی- دی ایمید می‌باشد که در ماده ۱ وجود دارد. همینطور فیلم مخلوط ۱ و۲ منعطف و self-supporting و بصورت همگن است، برخلاف فیلم مخلوط مواد ۱ و۴ که فاقد مقاومت کششی و بصورت هتروژن می‌باشد. این امر نشان دهنده نقش اساسی چسبیدن سگمنت های زنجیر تاه خورده پلی‌ایمید ۱ و گروه های انتهایی پیرنیل ۲ برای سازگاری این مواد می‌باشد.

در شکل ۳ مراحل ترمیم مخلوط ۱ و ۲ به تصویر کشیده شده است. نمونه‌ای آسیب دیده از فیلم (با عرض برش ۷۵ میکرون) با سرعت ۵^oC/min در میکروسکوپ روبش الکترونی محیطی (ESEM) حرارت داده شد. با رسیدن دما به ۸۰^oC مواد پیرامون برش به درون حفره جاری شدند و در۹۰^oC فیلم همگن شده، بطوری که مشاهده برش دشوار است. در مقابل، آنالیز ESEM فیلم آسیب دیده مخلوط ۱و۴ نشان می‌دهد که ماده تا ۱۰۰^oC غیر همگن باقی می‌ماند (شکل۳)، فرایند ترمیم اتفاق نمی افتد و عرض ترک بیشتر می‌شود.

به عنوان نتیجه گیری در این کار نشان داده شد که مواد خود ترمیم شونده با اتصالات عرضی غیر کوالانسی زنجیرهای پلیمر می‌توانند طی انباشتگی برهمکنش های π-π بوجود آیند که این برهمکنش ها مربوط به جا دادن گروه های انتهایی پیرنیل در زنجیرهای تاه خوردگی پلی‌ایمید می‌باشد (شکل۱). در دماهای محدود برخی برهمکنش ها، یک شبه شبکه با جرم مولکولی بالا بوجود می‌آورند که دو ماده یکی بشکل روغن ویسکوز و دیگری پودری غیر منسجم را به شکل ماده‌ای با پایداری ابعادی، منعطف، و self-Supporting تبدیل می‌کند. با افزایش دما، بازگشت مربوط به اتصالات عرضی سامانه اتفاق می‌افتد، ویسکوزیته بطور موثری کاهش می‌یابد و به سامانه پلیمری اجازه ترمیم آسیب ها را می‌دهد. توسط سامانه‌های کنترلی نشان داده شده است که استحکام مکانیکی، همگنی و قابلیت ترمیم این سامانه تقریباً بوسیله برهم کنش انباشتگی π-π بین دو ماده مکمل الکتریکی آلیاژ تامین می‌شود.

————————–

Media-Newswire