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機械的に活性化され,触媒のないポリヒドロキシウレタンビトリマー

David J Fortman1, Jacob P Brutman2, Christopher J Cramer2

  • 1Department of Chemistry and Chemical Biology, Cornell University , Baker Laboratory, Ithaca, New York 14853-1301, United States.

Journal of the American Chemical Society
|October 27, 2015
PubMed
まとめ

新しいポリヒドロキシウレタン (PHU) ヴィトリマーは,熱固体のような性質を持ち,触媒なしで形を変えることができます. これらの高度なポリマーネットワークは 優れた機械的強度と再処理後の回復性を示し 持続可能な材料への道を切り開いています

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科学分野:

  • ポリマー化学
  • 材料科学
  • 有機化学

背景:

  • ビトリマーは,再処理を可能にする,触媒誘発のクロスリンク交換を持つダイナミックなポリマーネットワークです.
  • 伝統的な熱セットは高性能ですが,リサイクル性は欠けている.
  • ポリヒドロキシウレタン (PHU) は通常,イソシアネートとポリオールから形成され,安全性に関する懸念を引き起こします.

研究 の 目的:

  • サイクル炭酸とアミンを基にポリヒドロキシウレタン (PHU) を用いた新しい種類のガラスを開発する.
  • これらの新しいPHUガラスの再処理能力と機械的性質を調査する.
  • PHU ビトリマーのストレス緩和と触媒なしの修復のメカニズムを解明する.

主な方法:

  • PHUネットワークの合成は,六つ構成のサイクル炭酸とアミンから.
  • 合成されたネットワークと再処理されたネットワークの機械的試験 (伸縮性).
  • ストレス・リラクゼーション測定と運動分析 (アレニウス活性化エネルギー)
  • トランスカルバモイル化のメカニズムを調査するための密度関数理論 (DFT) の計算.

主要な成果:

  • PHU vitrimersは,リードの熱固体と比較できる牽引性能を示しています.
  • ネットワークは,外部触媒なしで高温と高圧で再処理することができます.
  • 再処理されたPHUビトリマーは,元の機械的性質の約75%を回復します.
  • ストレス緩和は,モデル化合物よりも低い活性化エネルギー (111 ± 10 kJ/mol) を有する関連性トランスカルバマイレーションによって発生する.
  • DFTの計算では,機械的ストレスがN単一のペアの結合を妨害することによってトランスカルバモイレーションを活性化することを示唆している.

結論:

  • PHUビトリマーは,修復可能でリサイクル可能なポリマーネットワークの有望な新しいクラスです.
  • これらの材料は有毒なイソシアネートモノマーを必要とせずに優れた機械性能を提供します.
  • 触媒のない再処理と修復能力は,持続可能な材料の応用の可能性を強調しています.