elastomeren, of elastische polymeren, materialen met een hoge elasticiteit, worden veel gebruikt voor toepassingen in industrieën, zoals auto's, productie, en olie en gas. De mate van elasticiteit van deze materialen, aangeduid met een parameter die bekend staat als "Young's modulus, " hangt af van de mate van verknoping tussen de samenstellende polymeerlagen, zodat een hogere verknoping leidt tot een hogere stijfheid, en, beurtelings, impliceert een grote Young's modulus.

Verschillende toepassingen vereisen elastomeren met verschillende stijfheid. Bijvoorbeeld, de gewenste Young's modulus voor banden is anders dan die voor buizen en slangen. Tot dusver, voor conventionele elastomeren, zodra de verknoping van polymeerketens plaatsvindt, hun eigenschappen kunnen niet worden gewijzigd, die industrieën vereisen om verschillende elastomeren voor verschillende toepassingen te vervaardigen. Maar wat als we één enkel elastomeer zouden kunnen maken met veelzijdige eigenschappen voor een reeks toepassingen?

In een nieuwe studie gepubliceerd in Polymeer , Dr. Mikihiro Hayashi van het Nagoya Institute of Technology, Japan, en zijn collega's hebben dat nu gedaan. Het team heeft met succes een elastomeerfilm gesynthetiseerd waarvan de rek kan worden gecontroleerd door een fotoreactie na de voorbereiding voor de gewenste toepassing, dus, tijd besparen, kosten en personeel.

Om dit elastomeer te ontwikkelen, de wetenschappers rustten een polyester (polymeer met een estergroep) uit met thermoreactieve en fotoreactieve groepen, die reageren op warmte en licht, respectievelijk. Vervolgens volgden ze een tweestapsproces waarbij de thermoreactieve groepen eerst thermische verknoping ondergingen en vervolgens de fotoreactieve groep verknopingen vormde in aanwezigheid van UV-licht. De wetenschappers merkten op dat het materiaal dat werd verkregen na thermische verknoping zacht en flexibel was, maar wanneer verder behandeld met UV-licht, het materiaal nam in stijfheid toe afhankelijk van het tijdstip van blootstelling. In feite, bij blootstelling gedurende 30 minuten, de Young's Modulus van het materiaal is met twee ordes van grootte toegenomen!

Deze ongekende bevinding maakte de wetenschappers enthousiast. Dr. Hayashi stelt, "Door dit elastomeer te ontwikkelen met behulp van de dubbele thermische en fotoverknoping, we hebben bewezen dat afstemming van de treksterkte in materialen na de voorbereiding mogelijk is. We waren geïntrigeerd om de voordelen van dit materiaal verder te onderzoeken."

Overeenkomstig, ze ontwierpen elastomeerfilms met inhomogene patronen van Young's modulus door selectieve UV-verlichting. De wetenschappers bereikten dit met behulp van horizontale en verticale fotomaskeringsspleten, het creëren van patronen van zachte en stijve secties. Bij het testen van de horizontale patroonfilms onder spanning, de stijve delen vertoonden nauwelijks vervorming, terwijl de zachte secties 5 keer rek vertoonden. Verrassend genoeg, echter, de films met verticaal patroon vertoonden een uitstekende taaiheid en vertraagden de verspreiding van scheuren. Terwijl een scheur in een volledig stijve film zich onmiddellijk voortplant, een barst op de inhomogene film stopte bij het bereiken van het zachte gedeelte. Hoe meer het aantal patronen, des te langzamer was de groei van de scheur.

"Onze bevindingen kunnen nuttige inzichten opleveren voor het ontwikkelen van nieuwe methodologieën voor het beheersen van het breukgedrag van elastomeren, " zegt Dr. Hayashi, praten over de praktische gevolgen van hun studie. "In aanvulling, onze techniek kan helpen om overtollig chemisch verbruik te besparen, en problemen oplossen die verband houden met uitputting van aardoliebronnen, " hij voegt toe.