Dinamik Covalent Kimyasına Giriş

Dinamik kovalent kimya (DCvC), uyarlanabilir malzemeler tasarlamak için dönüştürücü bir çerçeve olarak ortaya çıktı. Temel konsept, ağ topolojilerini yeniden ortaya çıkarabilir ve kontrol altına alınan büyübürüllerin altında yeniden yapılandırılabilir - ısı, ışık, pH değişiklikleri veya bir katalizörün varlığı gibi, ancak tutarlı bağlar, dinamik bir eşdeğerli bağlar, çevrelerine yanıt verebilir, ağ topolojilerini yeniden yapılandırır.

Ortak dinamik kovalent tahvilleri, boonik esterler, disulfides, imines, oximes, engellenmiş ureas ve Diels-Alder adducts. Bu tür her bir özellik değişimi mekanizması ve aktivasyon enerjisi sunar, kimyagerlerin yeniden işlemeye olanak sağlar, kendini yeniden işlemeye izin verir ve belirli uygulamalar için stres-relaxasyon özellikleri hızla büyüdü.

Polimer biliminde dinamik kovalan kimyanın geniş bir genel bakış için, okuyucular son derece yönlendirilir:0)Chemical Society Yorumlar) temel ilkeleri ve ortaya çıkan eğilimleri kapsar.

Polimer geri dönüşümünün meydan okuması

Küresel plastik üretim, her yıl 380 milyon ton'u aşıyor, ancak% 10'dan daha az geri dönüştürülemez. Konvansiyonel termoplastikler yeniden tanımlanabilir ve yeniden işlenebilir, ancak mekanik özellikleri genellikle betonu bozan zincirleme ve bağlantı noktaları nedeniyle bozulabilir. Benzer şekilde, birçok ek polimerler - bu tür adımlarla oluşturulan veya zincirleme mekanizmalarıyla oluşturulan kalıcı bir eşdeğer haçlar içerir; bunlar, genellikle betonun değerini yok eden veya geri dönüştürülmüştür.

Mekanik karışık polimer atıklarının geri dönüşümü, farklı polimer türleri arasında yetersizlik, geri dönüştürülmüş ürünlerde faz ayrımına ve kötü performansa yol açan. Kimyasal geri dönüşüm yöntemleri (örneğin, piroliz, hidrolysis) özellikle de monomerleri geri alabilir, ancak genellikle sert koşullar ve yüksek enerji girdileri gerektirir. Bu kısıtlamalar, organik olarak yeniden kullanılabilir polimer mimarisine yol açtılar ve dinamik kovalan bağlar özellikle umut verici bir çözüm olarak kanıtlanmışlardır.

Eklenme Polimerleri ve Sınırları

Ek polimerler zincirli polimerler aracılığıyla üretilen geniş bir malzeme ailesi içerir (örneğin, poliolefins, polistyrenics, poliacrylates) ve adım-growth poliurethanes, poliethers gibi).Bu malzemeler ambalajlarda, tekstillerde, yapıştırıcılar, yapıştırıcılar ve kaplamalarda, kalıcı kovalan sırt kemiği gerilemeleri zorlanır.

Dinamik kovalent kimyadaki son gelişmeler, bu sınırlamaları tekrar dikte eden polimer omurgasına veya bağlantılara devretme yoluyla engellemenin bir yolunu sunar.Bu, orijinal performans özelliklerini korurken, örnekleme yapanların ) veya [[Döneticiler [Döneticiler [Döneticiler) bir termoplastik olarak yeniden şekillendirilebilir ağ polimerler ).

Yeniden işlemelenebilir Addition Polimers via Dynamic Covalent Bonds

Yeniden işlemeye hazır polimerlerin temelleri, zihinsel kovalent tahvillerin judicious seçimi ve yerleştirilmesinde yatıyor. Aşağıda en yaygın incelenen stratejiler vardır.

Boronic Ester-Based Systems

Boronic esterler, yüksek çözünürlükte veya transaksiyon reaksiyonlarına maruz kalıyor (örneğin, su, alkol veya diols varlığında) Bu borsalar, yüksekolojilerini yeniden düzenlemelerine izin veriyor, stres rahatlamasına ve yeniden işlemeye olanak sağlıyor. Örneğin, poli(borosiloxane) ağlar mekanik bütünlüğü kaybetmeden çok fazla kez enjeksiyon yapılabilir.

Bu alanda bir seminal çalışması, poliditilsiloxane (PDMS) elastomerler ile bağlantı kurmanın basit sıcak baskı ile yeniden işlenebilir. değişim reaksiyonları su ve boksan ortaları içeren bir kooperatif mekanizmasıyla devam eder.Daha yeni araştırmalar bu kavramları epoxy reçineleri ve poliurethanes ile genişletmiştir. İlgilenen okuyucular boonik esterler üzerinde ayrıntılı bir çalışma bulabilirler.

Disulfide Exchange

Disulfide tahvilleri (S-S) geri dönüşümlü thiol-disulfide değişimi ile geri dönüşümlü olarak geri dönüşümlüdür, bu kimya 80 °C olarak sıcaklıkları düşükken, yüksek sertliği ve elastikliği elde etmek için polimer ağlarda da kullanılabilir. Örneğin, UV ışıklarını içeren poli(urea-urethane) elastomerler UV ışık onarımı ile yüzeysel kesintiye maruz kalmalarına izin verir.

Parafide tabanlı sistemlerin büyük bir avantajı, ucuz disulfide-özel monomerlerin (örneğin, 4,4'ün-dithiodiphenmin) ve mevcut endüstriyel poliurethane üretimi ile uyumluluğun sağlanmasıdır. Ancak, değişim oranı dikkatli bir şekilde dengelenmelidir: çok hızlı bir şekilde ürpermelere yol açar.

Imine ve Oxime Linkages

Imines (Schiff üsleri) ve oximes, ek olarak aminlerin saflaştırılması ile oluşturulabilir - tam olarak geri dönüştürülebilen bir diamin çözümü ile tedavi edilebilir ve aynı zamanda yüksek sıcaklıklara ve stabilizasyona neden olabilir.Incorporating imine tahvilleri polimer olarak ekslere ek olarak - poliimine termosetler gibi - yine de tamamen geri dönüştürülmüş malzemelerle tedavi ile tamamen geri dönüştürülür.

Polyimine vitrimers, birden fazla döngü üzerinde etkileyici yeniden işleme kabiliyeti göstermiştir.Bir çalışmada, bir çapraz bağlantılı poliimine filmi ezildi, sıcak baskılı ve aynı zamanda, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte beş kez tekrar işlendi.

Diğer Dinamik Bonds

Diğer bazı geri dönüşümlü kovalan kimyagerler de araştırılıyor.ETHFLT:0)Diels-Alder adducts) (özellikle de kürkümlü-Diels-Alder reaksiyonları yüksek sıcaklıklara izin veriyor, ağ yeniden ayarlamasına izin veriyor; bu yüksek sıcaklıklarda yaygın olarak kullanılıyor ve makul fiyatlı kaplamalar ve termal olarak yeniden birleştiriliyor.

Anahtar avantajları ve Uygulamaları

Dinamik kovalent kimyası üzerine inşa edilen yeniden işleme edilebilir ek polimerler basit geri dönüşümün ötesine uzatan pratik avantajlar paketi sunar.

Kendini kınayan ve Onarım

Dinamik bağlar hasarlı arayüzlerde kırılabilir ve reform yapabilir, bu polimerler bağımsız olarak çatlakları, çizerler ve punktures. Self-healinghane özellikle koruyucu kaplamalar için değerlidir, elektronik enkapsülatörler ve otomotiv bileşenleri, genişletilmiş hizmet ömrü bakım maliyetlerini azaltır. Örneğin, polimer zincirlerinin hareketliliğine bağlıdır. Örneğin, bir bokonik ester bazlı poliurethane, orijinal kuvvetin% 90'ını oda sıcaklığında kesebilir.

Mekanik geri dönüşüm ve Yeniden İşleme

Geleneksel termosetlerin aksine, dinamik kovalent ağları yeniden kullanılabilir, yeniden işlenebilir (örneğin, kompresyon veya kaplama ile), ve onları önemli bir mülk kesintisi olmadan çok kez tekrarladı. Bu, termoplastik işlemeye yardımcı olur, ancak yüksek vitreoleüler-sigara plastikleri rahatsız eden yüksek orandaki sorunlarla birlikte, daha az enerji tasarrufu için gerekli olan ısıyı gösterir ve bağlayıcı yaşam döngüleri nedeniyle yavaş bir vitrisasyon sağlar.

Ticari ve Endüstri Potansiyeli

Birkaç şirket zaten dinamik kovalent polimer teknolojilerini ölçeklendirmektedir. Örneğin, [[Üyetim:0)Arkema[DÜye Olmayanlar Bir dizi yeniden işleme edilebilir poliurethane yapıştırıcısı marka adı altında kullanılabilir.Endüstriyel kimyası[DÜye Olmayanlar) Ayrıca ilgi gösteriyor: Dinamik kovalan Hidrojekte ve diğer tekstil firmaları daha sonra da genişleyen ve daha sonra genişleyen bir şekilde baskıya ihtiyaç duyuyor.

Daha derin bir endüstriyel vaka çalışmasına göz atarak, [[0)Malvern Panalytical beyaz kağıt vitrimer işleme) bu malzemelerin rheolojik davranışı ve işleme pencereleri üzerinde pratik bilgiler sağlar.

Mevcut Zorluklar ve Araştırma Yolları

Söze rağmen, dinamik kovalent ek polimerler daha önce birkaç engel, yüksek hacimli uygulamalarda termosetler ve termoplastiklerle rekabet edebilir.

Kontrollü Değişim Kinetics

Dinamik bağlar değişiminin her iki işlem hızı ve uzun vadeli istikrarını yönetmesi oranı, tekrar işleme işlemiş hale getirir (çok uzun zaman veya yüksek sıcaklıklar), hızlı değişim, yük veya erken geri dönüşüme neden olabilir. Araştırmacılar, elektronik etkiler yoluyla kinetik ayarını keşfederler (örneğin, elektron-dra substituents on boonic esterler) ve katalizörler veya inhibitörlerin ekleri için.For disulfide ve imine sistemleri için, pH ve nem duyarlılığı gerçek dünya koşullarında tutarlı performans sağlamak için ele alınmalıdır.

Mekanik Performans ve Yeniden İşlemeability

Dinamik bağlar genellikle malzemenin yumuşatılması veya cam geçiş ısısını azaltır (T)g), bu hassas ve ürpertici direncin azaltılması, yüksek çözünürlükteki bağlantılarla poliimine ağları iyi bir işlemlenebilirlik gösterir, ancak daha düşük ısı değiştiriciler analog polyesterleri kıyasla daha düşük ısıtılır. Strategies bu hassas özellikleri aşmaya çalışır (statik artı dinamik çapraz bağlantılar)

Hizmet Koşulları

Birçok dinamik kovalent tahvilleri hidrolysis, oxidasyon veya uzun süre boyunca termal bozulmalara karşı hassastır. Boronic esterler, reoperatif materyallerin yorulma davranışı özellikle otomotiv parçaları gibi, özellikle de yük devretme uygulamaları için hidrobik polimerleri kullanarak.

Future Outlook

Polimer biliminde dinamik kovalent kimyanın yörüngesinde, yüksek performansla yeniden işleme kabiliyeti birleştiren giderek daha sofistike malzemelere doğru yol açıyor. Üç umut verici yol aşağıda vurgulanıyor.

İmalat İmalatı ile entegrasyon

Vitrimers ve dinamik kovalent ağları, 3D baskı için ideal adaylardır, tahvilleri değiştirme yeteneğinin iyileşmeye, aşırı baskıya ve hatta baskılı parçaların geri dönüşümüne olanak sağlar. Araştırmacılar, daha sonra poliimine vitrimers yazmasını göstermiştir, böylece dijital ışık işleme (DLP) yanı sıra, sonsuzluklar. Future çalışması hızla geri dönüşümlü baskılanmış baskılanabilir reçinelere odaklanacaktır.

Bio bazlı ve Sürdürülebilir Beslenme

Yenilenebilir monomerlerle dinamik kovalan kimyayı birleştirmek gerçekten sürdürülebilir plastikler verebilir. Örneğin, kürk bazlı Diels-Alder adducts, düşük karbon ayak izi korurken geleneksel plastiklerin performansına sahip olabilir.

Çok fonksiyonlu Malzeme Malzemeleri

Dinamik kovalent polimerler yeniden işleme kabiliyeti ile sınırlı değildir; Ayrıca akıllı kaplamalar, sensörler ve biyomedikal cihazlar için de tepki vermek için (örneğin, kontrol edilen sürüm, form hafıza veya adaptif optikler için) tasarlanmıştır. Ek işlevsellik - iletkenlik, antimik aktivite veya floresantrik, antimikrobiyal aktivite veya floresanslar gibi - akıllı kaplamalar için platformlar oluşturabilirler.

Alan olgunlaştığı gibi, önümüzdeki on yıl boyunca bu malzemelerin kabulünü hızlandıracak, yeni standartlarda yeniden işlemeye ve yeniden işlemeye dayalı polimerlerin yenilerini görecek.