Vitrímeros de polihidroxiuretano activados mecánicamente y sin catalizadores

Área de la Ciencia:

• Química de los polímeros
• Ciencias de los materiales
• Química orgánica

Sus antecedentes:

• Los vitrímeros son redes dinámicas de polímeros con intercambio de enlaces cruzados inducido por catalizadores, que permiten el reprocesamiento.
• Los termoestables tradicionales ofrecen un alto rendimiento pero carecen de capacidad de reciclaje.
• Los polihidroxiuretanos (PHU) se forman típicamente a partir de isocianatos y polioles, lo que plantea preocupaciones de seguridad.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una nueva clase de vitrímeros basados en polihidroxiuretanos (PHU) a partir de carbonatos y aminas cíclicas.
• Investigar las capacidades de reprocesamiento y las propiedades mecánicas de estos nuevos vidriadores PHU.
• Para aclarar el mecanismo de relajación de la tensión y la reparación sin catalizador en los vitrímeros PHU.

Principales métodos:

• Síntesis de redes PHU a partir de carbonatos y aminas cíclicas de seis miembros.
• Pruebas mecánicas (propiedades de tracción) de redes asintetizadas y reprocesadas.
• Medidas de relajación del estrés y análisis cinético (energía de activación Arrhenius).
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para investigar el mecanismo de la transcarbamoylación.

Principales resultados:

• Los vitrímeros PHU exhiben propiedades de tracción comparables a los termofijos principales.
• Las redes se pueden reprocesar a temperatura y presión elevadas sin un catalizador externo.
• Los vitrímeros PHU reprocesados recuperan aproximadamente el 75% de sus propiedades mecánicas originales.
• La relajación del estrés se produce a través de la transcarbamoylación asociativa con una energía de activación más baja (111 ± 10 kJ/mol) que los compuestos modelo.
• Los cálculos de DFT sugieren que el estrés mecánico activa la transcarbamoylación al interrumpir la conjugación de N pares solitarios.

Conclusiones:

• Los vitrímeros PHU representan una nueva clase prometedora de redes de polímeros reparables y reciclables.
• Estos materiales ofrecen un excelente rendimiento mecánico sin la necesidad de monómeros de isocyanato tóxicos.
• Las capacidades de reprocesamiento y reparación sin catalizadores destacan su potencial para aplicaciones de materiales sostenibles.