Press release
Russia
April 10, 2014

Разработка новых самовосстанавливающихся пластмасс

В зависимости от практического применения, начиная от царапин на поверхностях транспортных средств или трещин на полимерных изделиях, самовосстанавливающиеся материалы могут быть восстановлены путем возвращения своей первоначальной молекулярной структуры после непосредственного повреждения. Ученые из Технологического института Карлсруэ и компании «Evonik Industries» разработали реакцию химического отверждения, что позволяет материалу восстанавливаться в течение короткого периода времени после слабого нагревания. Исследователи уже опубликовали результаты своей работы в журнале «Advanced Materials». (DOI:10.1002/adma.201306258)
Для синтеза самовосстановления материалов исследовательская группа института в г. Карлсруэ во главе с Кристофером Барнер-Каволликом использовала потенциал обратимых химических реакций для связи функциональных волокон или малых молекул в сети. В случае повреждения данные коммутируемые сети, как их еще называют, распадаются на исходные компоненты, а затем заново соединяются. Преимущество данного подхода заключается в том, что механизм самовосстановления может быть запущен любое количество раз при наличии таких условий как тепло, свет, или добавление химических веществ. «В нашем методе не используются абсолютно никакие катализаторы или какие-либо добавки», — говорит профессор Барнер-Каволлик. Как председатель Подготовительной Макромолекулярной химии Технологического института Карлсруэ, Барнер-Каволлик изучает синтез высокомолекулярных химических соединений.
Работая в течение примерно четырех лет, исследовательская группа под его руководством разработала новую полимерную сетку для проекта возведения зданий из полимеров «Creavis», являющегося стратегически инновационным объектом компании «Evonik». Данная сетка обладает превосходными свойствами восстановления после всего нескольких минут при относительно низких температурах от 50 °С до 120 °С. Уменьшение количества необходимого времени и оптимизация внешних условий, при которых могут проходить процессы восстановления, являются одними из ключевых задач, стоящих перед исследователями, которые изучают функции восстановления материалов. Одним из положительных достижений цикла восстановления, которое было разработано, ученые Технологического института Карлсруэ называют большое количество межмолекулярных связей, которые быстро замыкаются при охлаждении. Кроме того, при проведении механических исследований, таких как испытания на эластичность и прочность на разрыв было подтверждено, что исходные свойства материала могут быть полностью восстановлены. «Мы смогли продемонстрировать, что связи в тестируемых объектах были еще сильнее после первого восстановления, чем до этого», — говорит Барнер-Каволлик.
Для широкого спектра пластмасс можно создать свойства самовосстановления. В дополнение к самовосстановлению, однако, исходный материал приобретает еще одно полезное свойство: при повышенных температурах увеличивается текучесть, в связи с чем данное вещество хорошо подходит для процесса формования. Данные полимеры могут применяться для производства деталей из пластмасс, армированных волокном, для автомобильной и авиационной промышленностей.
В консорциум, который разработал новую реакцию отверждения, входят производитель химической продукции «Evonik Industries» и различные академические партнеры, в том числе Институт полимерных исследований в Дрездене, Лейбниц, Германия, и Австралийский национальный университет в Канберре, Австралия.
Kim K. Oehlenschlaeger, Jan O. Mueller, Josef Brandt, Stefan Hilf, Albena Lederer, Manfred Wilhelm, Robert Graf, Michele L. Coote, Friedrich G. Schmidt и Christopher Barner-Kowollik: Adaptable Hetero Diels-Alder Networks for Fast Self-Healing under Mild Condi-tions. Современные материалы, 2014 г. DOI:10.1002/adma.201306258.
Информация о Технологическом институте Карлсруэ
Государственный орган, учрежденный в соответствии с законодательством государства земли Баден-Вюртемберг, Технологический институт Карлсруэ (KIT) выполняет миссию, как университета, так и национального научно-исследовательского центра в рамках Ассоциации Гельмгольца. Исследования в Технологическом институте Карлсруэ специализируются в области энергетики, природных и техногенных сред, технологии и общества и фундаментальных вопросов сферы применения. Здесь обучается около 24 000 студентов и работает около 9000 сотрудников, 6000 из которых работают в области науки и преподавания, что делает Технологический институт Карлсруэ одним из крупнейших институтов Европы, который занимается исследованиями и образованием. Институт выполняет свою миссию в рамках треугольника «исследования — образование — инновации».