Een paar ingenieurs van de Universiteit van Delaware hebben een proces ontwikkeld om gemakkelijker verweven polymeernetwerken te vormen, snel en duurzaam dan traditionele methoden toelaten. Hun geheime ingrediënt? Blauw licht.

Abishek Shete, afgestudeerd onderzoeksassistent in materiaalkunde en techniek, en Christopher Kloxin, assistent-professor in materiaalkunde en engineering en chemische en biomoleculaire engineering, beschrijven hun methode in een paper op de omslag van het 24e nummer van Polymeerchemie . Het artikel is getiteld "One-pot blue-light getriggerd taai interpenetrerend polymeer netwerk (IPN) met behulp van CuAAC- en methacrylaatreacties."

polymeren, dat zijn materialen gemaakt van ketens van moleculen, zijn te vinden in alles, van voedsel tot kleding tot auto's. Twee of meer soorten polymeerketens met verschillende individuele eigenschappen kunnen ook aan elkaar worden gekoppeld om interpenetrerende polymere netwerken te vormen, materialen die vaak gunstige mechanische eigenschappen van elk polymeer combineren, zoals hoge sterkte en taaiheid.

"Deze chemicaliën worden onafhankelijk van elkaar gebruikt in een breed scala aan toepassingen, " van tandheelkundige composieten, bumpers van auto's tot materialen voor het afleveren van medicijnen, zei Shete.

Echter, het proces van het koppelen van polymeren is niet eenvoudig. Het vereist twee chemische reacties, die typisch worden geïnitieerd door ofwel een langdurig proces in twee stappen of een proces in één stap dat wordt geïnduceerd bij verhoogde temperaturen en langere tijdsperioden.

De methode die Kloxin en Shete ontwikkelden is één stap en werkt snel bij kamertemperatuur en omgevingscondities.

Ze gebruiken blauw licht van 470 nanometer, wat vergelijkbaar is met blauw LED-licht dat wordt gebruikt om bepaalde lichaamsvloeistoffen te detecteren bij onderzoeken op plaats delict. Dit licht veroorzaakt reacties met een fotosensibilisator genaamd kamferquinon en een activator genaamd amine. Deze materialen worden vaak gebruikt in polymere tandheelkundige composieten voor het vullen van holtes.

Het licht bestraalt de materialen om de twee chemische reacties te fotostimuleren, maar niet tegelijk. Ten eerste is er een reactie die de door koper gekatalyseerde azide-alkyncycloadditie (CuAAC) klikpolymerisatie wordt genoemd. Deze reactie wordt vergemakkelijkt door koper, en polymerisatie vindt in stappen plaats. De volgende reactie is de methacrylaatpolymerisatie, die een plasticachtig materiaal vormt op een manier die vergelijkbaar is met het toevoegen van schakels aan een groeiende keten. "Dit is uniek in de manier waarop het blauwe licht opeenvolgende reacties induceert, ' zegt Kloxin.

Het eindresultaat is een materiaal dat Kloxin en Shete omschrijven als een "glazige film, " minder bros dan puur methacrylaat en sterker dan puur CuAAC bij hogere temperatuur. De films gemaakt van dit IPN-materiaal vertonen ook vormgeheugen - wanneer ze worden vervormd, het kan worden teruggebracht naar zijn oorspronkelijke grootte en vorm met 15 minuten verwarmen op 80 graden Celsius.

Deze blauwlichtbenadering om interpenetrerende polymeernetwerken te vormen, bespaart tijd en energie, maar dat zijn niet de enige voordelen. Voor een, deze benadering stelt Kloxin en Shete in staat om het paar chemische reacties met verhoogde precisie te controleren, waardoor ze de polymeernetwerken in complexe vormen kunnen modelleren. Deze snelle methode zorgt er ook voor dat de ingrediënten niet uit elkaar gaan op een manier die anders de vorming van een interpenetrerend polymeernetwerk zou kunnen verstoren.

In aanvulling, het nieuwe proces vereist geen van de oplosmiddelen of additieven die gewoonlijk worden gebruikt in de kunststofproductie, vaak toegevoegd om brosse breuk te voorkomen. De door Kloxin en Shete gerapporteerde materialen vertonen een verbeterde taaiheid die deze broosheid overwint zonder oplosmiddelen of additieven, waardoor het ook een groenere synthetische benadering wordt.

Het team heeft een voorlopig patent aangevraagd voor de methode die in het nieuwe artikel wordt beschreven. "Deze chemische stoffen kunnen aan andere moleculen worden gehecht, "Kloxin zei, en het team zal hun toepassingen testen om hydrogels te vormen, tandheelkundige materialen en andere polymeernetwerken.