Ученые создали самовосстанавливающуюся пену с помощью 3D-печати
Исследователи разработали прочную, самовосстанавливающуюся и более пригодную для вторичной переработки пену, напечатанную на 3D-принтере. Это стало возможным благодаря использованию динамической химии, что открывает новые возможности для устойчивого производства. Мы постоянно сталкиваемся с пеной, будь то в подушках сидений, матрасах или изоляции, даже если не всегда замечаем ее. Теперь исследователи объединили химию и передовые производственные технологии, чтобы разработать новый материал. Ключевым достижением стала 3D-печать пены, которая самовосстанавливается**, сочетая долговечность с возможностью ремонта и переработки.
Проблема традиционных материалов
Большинство современных пен, таких как полиуретан, относятся к термореактивным пластмассам. Они состоят из полимеров, молекулы которых образуют прочные, постоянные поперечные связи.
Эти связи делают материал прочным и долговечным, но есть и обратная сторона. Из-за необратимости этих связей термореактивные пены очень сложно, а порой и невозможно, переработать или отремонтировать. Если такой материал поврежден, его обычно выбрасывают.
С другой стороны, существуют термопласты. Их можно плавить и формовать заново, что упрощает переработку. Однако они, как правило, менее прочны и долговечны по сравнению с термореактивными аналогами.
Новое решение: Динамическая химия и 3D-печать
Ученые решили найти компромисс, создав материал, который сочетал бы достоинства обоих типов пластиков. Они разработали жидкую смолу, используя химию на основе **динамических ковалентных связей**. В качестве таких связей были выбраны **дисульфидные связи**.
Дисульфидные связи известны своей способностью обратимо разрываться и восстанавливаться. Они присутствуют, например, в вулканизированной резине или в кератине человеческих волос. Именно эти связи позволяют парикмахерам изменять форму волос при химической завивке.
Используя технологию **цифровой светодиодной проекции (DLP)**, разновидность 3D-печати, исследователи смогли создать из этой смолы сложные ячеистые структуры – пену. Процесс DLP позволяет быстро отверждать жидкую смолу слой за слоем с помощью света, формируя нужный объект.
Свойства новой пены
Самовосстановление
Главное преимущество новой пены – ее способность к самовосстановлению. Чтобы продемонстрировать это, исследователи разрезали образец пены пополам. Затем они прижали две половинки друг к другу и нагрели их до **60 градусов Цельсия (140 градусов по Фаренгейту)** на несколько минут.
Под воздействием тепла дисульфидные связи на поверхности разрыва временно разъединились. Это позволило материалу “потечь” на молекулярном уровне и образовать новые связи между двумя частями. После остывания связи восстановились.
В результате испытаний материал показал **восстановление прочности на 98-99%**. Это означает, что отремонтированный участок почти так же прочен, как и исходный материал.
Переработка
Помимо самовосстановления, новая пена значительно легче поддается переработке по сравнению с традиционными термореактивными пенами. Материал можно растворить в слабокислом растворе. Это разрывает дисульфидные связи и возвращает полимер в растворенное состояние.
Полученный раствор затем можно использовать повторно для **3D-печати пены, которая самовосстанавливается**, создавая новые изделия без существенной потери свойств. Это открывает путь к созданию замкнутого цикла производства и использования пенных материалов.
Перспективы и применение
Разработанная технология объединяет преимущества прочности термореактивных пластмасс со способностью к самовосстановлению и переработке. Хотя полиуретановые пены пока остаются дешевле, новая технология предлагает уникальные свойства для специфических применений.
Такая пена может найти применение в различных областях:
- Автомобильная промышленность: сиденья, амортизирующие элементы, которые могут самовосстанавливаться после небольших повреждений.
- Аэрокосмическая отрасль: легкие и прочные компоненты с возможностью ремонта.
- Строительство: изоляционные материалы с увеличенным сроком службы.
- Спортивные товары: защитное снаряжение, обувь.
Успешная **3D-печать пены, которая самовосстанавливается**, демонстрирует мощный потенциал объединения фундаментальной химии с современными производственными методами. Это открывает двери для создания нового поколения “умных” материалов, которые будут более долговечными, надежными и экологичными.
Добавить комментарий