מבוא לדינמיקה של כימיה קו-שוויון

כימיה קוהנדסית דינמי (DCvC) התפתחה כמסגרת טרנספורמטיבית לעיצוב חומרים הסתגלותיים.הקונספט הליבה סובב סביב אג"ח קוהנסאלי שיכולה לשבור באופן רציני ולחדש מחדש תחת גירויים מבוקרים - כגון חום, אור, שינויים pH, או נוכחות של זרז.בניגוד אג"ח "סטטי"ט"ח דינמי, קשרים קו-שוויון מאפשר חומרים להגיב לסביבה שלהם, רשת אחורית או תיקון של טמפרטורות, הוא חוסר יכולת פעולה ייחודית, אך ורקמות, אך ורקמות, היא תכונה זו, היא תכונה של קשר ייחודי של קשר הדוקורטי, אך ייחודי של קשר ייחודי, אך ייחודי, אך היא תכונה זו, אך היא תכונה של איזון בין היתרה, אך ייחודי של קשר ייחודי של קשר ייחודי של קשר ייחודי של קשר ייחודי, אך ייחודי, אך ייחודי, עם זאת, אך ייחודי של קשר ידידותי, אך ייחודי, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם חוסר ערך, עם חוסר ערך, עם חוסר ערך, עם חוסר ערך, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם חוסר ערך, עם חוסר ערך, עם זאת, עם חוסר ערך, עם חוסר ערך, עם חוסר ערך, עם זאת, עם זאת, עם חוסר ערך, עם חוסר איזון בין היתרה,

אג"ח דינמי משותף כוללות estersboronic, disulfides, oximes, מעכב ureas, ודילס-אלדר להוסיף הזטסים.כל אחד מסוגי האג"ח האלה מציג מנגנון חילופי אופייני ואנרגיה הפעלה, המאפשר כימאים להתאים מחדש, שכפול עצמי, ותכונות רפלקציה הלחץ עבור יישומים ספציפיים.

לסקירה רחבה של כימיה קו-שוויון דינמי במדעי פולימר, קוראים מכוונים לסקירה האחרונה (FLT:0review in FLT:1Chemical Society ReviewsFLT:203FLT:3 המכסה את העקרונות הבסיסיים ואת המגמות המתעוררות.

האתגר של הנדסת פולימר

ייצור פלסטיק גלובלי עולה 380 מיליון טון מדי שנה, אך פחות מ 10% ממוחזר ביעילות.תרמופלסטים ארכיים ניתן להחזיר ומעבד מחדש, אבל התכונות המכניות שלהם לעתים קרובות מחלחלות בשל נפיחות שרשרת ותגובות צד חוצה קישור.התרמוטים, מצד שני, מכילים קשרים קבועים בין-קשרי צלב שגורמים להם בלתי-מוצפים ובלתי-פתורים; הם לא יכולים להיות משוחררים או מחוספסים, בדרך כלל, כמו מנגנונים חומריים-מחזרים-מחזרים-מדומים, או משוחררים, כגון, כגון, או מנגנונים חד-מדומים-מחזרים-מחץ-מחץ-מחזרים-מחץ-מחץ-מחדשים-מחץ-מחדשים-מסוגל-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדש-מחדש-מחדשים-מחדש

מחזור מכני של זרמי פסולת פולימר מעורבים מורכב עוד על ידי חוסר יכולת בין סוגים פולימרים שונים, המוביל לשלב הפרדה וביצועים עניים במוצרים ממוחזרים. שיטות מחזור כימי (למשל, pyrolysis, הידרוליזה) יכול לשחזר מונומרים, אבל הם לעתים קרובות דורשים תנאים קשים וקלטי אנרגיה גבוהים.

תוספת פולימרים ומגבלותיהם

תוספות פולימרים כוללות משפחה רחבה של חומרים המיוצרים באמצעות פולימריזציה שרשרת (למשל, פוליאולפין, פולי סטיילרים, פוליקליקה, פוליקללים) ופולימדת צעד (למשל, פוליאורתנים, פוליאורתנים, פוליתמדומים, פוליתמרים עמידים, בעיקר לפוליתיקים מסוכנים, כמו מחסנים קצרים, או מחוספסים).

ההתקדמות האחרונה בכימיה דינאמית קוהנדסית מציעה דרך לעקוף את המגבלות הללו על ידי הטמעת קישורים ניתוק לתוך עמוד השדרה פולימר או קישורי הצלב.החומרים המתקבלים - המכונה לעתים קרובות כ-FLT:0vitrimersFLT:1 או FLT:2דינמית covalentsFLT 3: ניתן לרפא, או לעבד מחדש תוך שמירה על ביצועים מקוריים זה הם מייצגים שינוי קבוע כמו פרדיגמה פשוטה.

תוספת יעילה של פולימרים באמצעות דינמי קוהנדס בונד

המפתח לפולימרים נוספים מעובדים נמצא בבחירה הג'ודית ובמיקום של אג"ח דינמיות.למטה הם האסטרטגיות הנלמדות ביותר.

מערכות מבוססות בורטוני Ester

esters Boronic לעבור רנססטרציה או טרנסבורציה תגובות בתנאים קלים (לעתים קרובות בנוכחות מים, אלכוהול או diols) חילופי אלה מאפשרים רשתות פולימרים להתארגן מחדש את הטופולוגיה שלהם, המאפשרים רגיעה מתח ושיקום מחדש.לדוגמה, רשתות פולי(borosiloxane) ניתן גם הזרקת פעמים רבות ללא אובדן של יושרה מכנית.

(ב) עבודה מרכזית בתחום זה הוכיח כי פולידי מתילסקסולינה (PDMS) elastomers cross-linked עם יחידות dioxaborolane יכול להיות מעובד באמצעות לחיצה חמה פשוטה.התגובה החליפין נמשכת דרך מנגנון שיתופי מעורב מים ו boroxine ביניים.יותר מחקר לאחרונה התמקד להרחיב את המושגים האלה כדי epoxy reins ופוליאורגנימות יכול למצוא מחקר קליני: 1Fbors: 1.com) מפורט של מחקר קליניק 2.

OUTILILILIL RESTTOR

אג"ח דיספליד (S-S) יכול לעבור החלפת תלול-דיספליד, אשר מופעל בקלות על ידי אינקוויטורים רדיקליים, אור UV, או חימום מתון.כימיה זו נוצלה ברשתות פולימרים כדי להשיג החלמה עצמית ו- self-healing. לדוגמה, פולי(urea-urethane) elastomomomers המכילים קישורים מפוזרים ארומטיים יכול להיות מעובד בטמפרטורות נמוכות כמו גם כן, כמו גם על ידי חשיפה מוצקה UV.

אחד היתרונות העיקריים של מערכות מבוססות דיספליד הוא הזמינות של מונומרנים זולים המכילה (למשל, 4, 4, 4-dithiodiphenylamine) ואת תאימות עם ייצור פוליאורטיאן תעשייתי קיים. עם זאת, שיעור החליפין חייב להיות מאוזן בזהירות: מהר מדי מוביל כדי להחליש, איטי מדי מכדי לייעל את ההחלמה.

Imine ו-Oxime Linkages

Imines (בסיסים) ו- oximes נוצרים על ידי condensation של amines עם aldehydes או hydroxylamines, בהתאמה. אג"ח אלה הם דינמיים בתנאים חומציים קלים או בטמפרטורות גבוהות, והם יכולים להחליף ללא זרז במקרים מסוימים. שילוב אג"ח לאין נוסף פולימרים - כגון thermos פולימונים - יש חומרים מניבים כי יכול להיות מלא על ידי טיפול דינמי, אך ורק על ידי טיפול דינמיט, אך הוא עדיין חל על ידי פתרון דינמי יותר מאשר רדיקליקה.

vitrimers פולימרין הראו יעילות מרשימה על מחזורים מרובים. במחקר אחד, סרט פולימינין מחובר חוצה מפונק, חם-מדכא, ומעבד מחדש חמש פעמים עם אובדן בלתי סביר של כוח רבילי.מנגנון החליפין כרוך metathesis ו transamination, אשר ניתן לשלוט על ידי nucleophilicity ואת הסביבה steric דומה Oxiss לפתח עמידות.

עוד דינמיקה

(ב) כמה מהכימאים האחרים הם גם נחקרים. דיאלס-אלדר (Alder AdductsFLT:1) (במיוחד זוגות פרוות-מין) עוברים רטרו-Diels-Alder תגובה בטמפרטורות גבוהות, ומאפשרים התחדשות רשתית: 7 טקטיקות נשגבות, 000) ו-Flasticeratives, אשר שימשו באופן נרחב בציפוי, ו-Flasticer;

יתרונות ויישומים

פולימרים נוספים מעובדים שנבנו על כימיה קו-שוויון דינמי מציעים חבילה של יתרונות מעשיים המשתרעים מעבר למחזור פשוט.

תיקון עצמי ותיקון

מכיוון שאיגרות חוב דינמיות יכולות לפרוץ ורפורמות בממשקים שנפגעו, פולימרים אלה יכולים לרפא באופן אוטונומי סדקים, שריטות, וטיהורים.הההעצמית היא בעלת ערך מיוחד עבור ציפויי הגנה, מפגעים אלקטרוניים ורכיבי רכב, שבו חיי שירות מורחבים מפחיתים את עלויות תחזוקה.יעילות הריפוי תלויה בקצב החלפת האג"ח ובניידות של רשתות פולימרים.

עיבוד מכני ושיקום

בניגוד לתרמוטסיות מסורתיות, רשתות קו-שוויון דינמי יכולות להיות reground, מעובד מחדש (למשל, על ידי דחיסה או extrusion), ושימוש חוזר פעמים רבות ללא ירידה משמעותית ברכוש.זה אנלוגי לעיבוד תרמופלסטי, אבל ללא בעיות דיוק גבוה כי מגיפה מחזורים באיכות גבוהה של פלסטיק במשקל גבוה.למעשה, vitrimers מציגות קצבה הדרגתית עם ירידה בשל טמפרטורה, כדי להחליף את הקשר פחות סגור, ובכך להפחית את הגוף.

פוטנציאל מסחרי ותעשייתי

(ב) כמה חברות כבר מדרגות טכנולוגיות פולימרים דינמיות קוהנדסיות (למשל, FLT:0ArkemaphcioFLT:1 פיתחה מגוון של נטיות פוליאורתות מעובדות תחת שם המותג:2VitrimaxFLT 3:2 יכול להיות מוזרק ל- hydroclefLT 3, אשר משמש גם בתחום האימוץ והאלקטרוניקה של מוצרי הצריכה.

עבור התבוננות עמוקה יותר במחקרי מקרה תעשייתי, ה-FLT:0 [Malvern Panalytical נייר על עיבוד vitrimer עיבודFLT:1 מספק תובנות מעשיות להתנהגות הירולוגיות וחלונות עיבוד של חומרים אלה.

אתגרים ודרכים מחקר

למרות ההבטחה, כמה מהמכשולים נשארים לפני פולימרים דינמיים covalent יכול להתחרות עם thermosets מבוססים ותרמופלסטים ביישומים גבוהים.

בקרה על Exchange Kinetics

השיעור שבו חילופי אג"ח דינמיים שולטים הן מהירות העיבוד והן יציבות לטווח ארוך.החלפת איטי עושה עיבוד לא מעשי (requires ארוך או טמפרטורות גבוהות), בעוד שהחלפה מהירה עלולה לגרום לזחול מתחת העומס או מחזור מוקדם במהלך השימוש. החוקרים חוקרים חוקרים בודקים כוונון קיננטי באמצעות אפקטים אלקטרוניים (למשל, אלקטרונים-למשוך תחליפים על boronic ester) ולהבטיח את התוספת של זרז אמיתי או מעכביחות.

איזון ביצועים מכניים ותפקוד מחדש

היכרות עם אג"ח דינמי לעתים קרובות לרכך את החומר או להפחית את טמפרטורת המעבר של הזכוכית (TirFLT:0gigiguaFLT:1), שילוב נוקשות והתנגדות זחילה. לדוגמה, רשתות פולימימיות עם צפיפות גבוהה של אג"ח אינטימי מראה יעילות טובה אבל שיטות מתוחכמות נמוך יותר בהשוואה לפוליסטרים מחוברים אנלוגיים.

תנאי השימוש בשירות

אג"ח דינמי רבים הם רגישים הידרוליזה, חמצון, או השפלה תרמית לאורך זמן רב. ester Boronic יכול הידרוליזה בסביבות לחות; לימוזינה נוטים הידרוליזה בתנאים חומציים. אסטרטגיות הגנתיים. - כגון encapsulating את הרטי דינמי, באמצעות הידרופובי אחוריים פולימרים, או שילוב של מייצבים מקודשים - הם גם חומרים פעילים של טיפול פסיכולוגי, במיוחד, כמו חומרים ממושכים, כמו חומרים ממושכים, במיוחד, כמו גם.

תחזית עתיד

מסלול הכימיה הדינמית במדעי פולימר מצביע על חומרים מתוחכמים יותר המשלבים יעילות עם ביצועים גבוהים. 3 כיוונים מבטיחים מודגשים להלן.

שילוב עם ייצור תוספתי

Vitrimers ורשתות דינמיות קוהנדסה הם מועמדים אידיאליים להדפסה תלת מימדית, שבו היכולת להחליף אגרות מאפשר ריפוי פגם, הדפסה יתר, ואפילו מחזור של חלקים מודפסים. החוקרים הוכיחו בכתב ישיר של vitrimers פוליimine, כמו גם עיבוד אור דיגיטלי (DLP) של eomomlasting elasting eomers.

אלקטרוניקה מבוססת ו- Sustainable Feedstocks

שילוב כימיה דיפרנמית עם מונומרים מתחדשים יכול להניב פלסטיק בר קיימא באמת.למשל, Diels-Alder תוספותucts יכול להיות נגזר ביומסה, ורשתות של IINE מבוסס וניל מציעים חלופה שמקורה ביולוגית לתרמוטים המבוססים על נפט.חומרים אלה יעמדו במטרות התאומים של שימוש במשאבים מתחדשים ומאפשרים מחזור קל בסוף החיים הם אתגר פלסטיק סטנדרטי.

חומרים רב-תפקודיים

פולימרים דינמיים אינם מוגבלים לעיבוד מחדש; הם יכולים גם להיות עונים (למשל, pH, חום או אור) עבור יישומים בשחרור מבוקר, צורה זיכרון, או אופטיקה אדפטיבית אדפטיבית.הכיר פונקציונליות נוספת - כגון מוליכות, פעילות אנטימיקרוביאלית, או פלואורסנס - יוצר פלטפורמות עבור ציפויים חכמים, חיישנים, ומכשירים ביו-רפואיים יכול לשמש להידרדרות אלקטרוניקה עבור הסביבה האלקטרוניקה מתקדמת.

ככל שהשדה בוגר, אנו יכולים לצפות כי פולימרים דינמיים להחלפה מתחנות מעבדה למציאות מסחרית.התכנסות של עיצוב חומרי, עיבוד טכנולוגיה ומטרות קיימות יזרזו את אימוץ החומרים האלה בתעשיות.העשור הבא כנראה יראה עלייה של צמחים, סטנדרטים חדשים לבדיקות מחזוריות, ואת המוצרים הצרכנפיים הנפוצים הראשונים המכילים תוספות פולימרים מעובדות.