Universidade de Duke Stephen L. Craig & Michael Rubinstein comentou:
Borracha natural devido à sua cadeia de polímeros“ Conexão” É flexível e é amplamente utilizado em várias indústrias. Mas a borracha é fácil de quebrar e gerar fadiga. Agora, pesquisas mostram que reduzir a densidade de cruzamento em borracha natural altamente entrelaçada pode melhorar sua resistência à fissura e prolongar a vida útil.
Christopher & Middot; Uma descoberta pouco conhecida de Colombo na expedição às Américas foi a borracha natural, também conhecida como “ Látis” Foi usado por indígenas americanos durante séculos para fazer bolas e botas. Mais tarde, Charles· McIntosh usou borracha natural para fazer um casaco de chuva com seu nome. Mas os primeiros produtos tinham limitações fundamentais, porque a borracha natural não era sólida, mas um líquido grosso: a borracha fluiu e perdeu sua forma original ao longo do tempo suficiente. No século XIX, Charles A Goodyear descobriu o método de sulfuração que transforma a borracha natural em um material sólido, produzindo até 15 milhões de toneladas por ano e é amplamente utilizado em transportes, saúde e bens de consumo. No entanto, os produtos de borracha natural ainda são fáceis de quebrar. Nian e outros em Nature· Sustentabilidade relatou uma abordagem que elevou dez vezes a resistência e o limiar de fadiga da borracha natural.
A borracha natural IFrame é composta por moléculas poliméricas muito longas e macias e é um líquido viscoelástico. Ao longo do tempo, essas moléculas longas deslizam umas das outras, deixando o material perder forma, mas em um curto período de tempo, essas moléculas não se afastam umas das outras e, portanto, o material mostra elasticidade. Este líquido– A fonte do comportamento de mistura sólida é o alto nível de enredamento das cadeias de polímeros, onde o movimento de cada cadeia é severamente limitado pelos vizinhos e só pode se espalhar muito lentamente.
Goodyear descobriu que, quando a borracha natural é misturada com enxofre e aquecida (sulfurada), ela se torna um sólido elástico. O processo forma ligações entre as moléculas do polímero, impedindo seu fluxo e estabelecendo estruturas permanentes como redes de pesca tridimensionais. Mas os segmentos da cadeia de polímeros ainda são flexíveis e, portanto, a borracha é elástica. No processo típico de sulfuração, o número de cruzamentos é equivalente ao número de enredos.
Além disso, para facilitar o processamento, a borracha natural geralmente requer“ Desenvolvimento” — — Corte-o em cadeias mais curtas por corte mecânico, reduzindo a viscosidade. Assim, a rede de borracha sulfetada que se forma é composta por segmentos de cadeia curta que não são mais fortemente entrelaçados. Embora esses segmentos de cadeia sejam macios e materiais elásticos, alguns segmentos de cadeia são mais curtos do que outros, com distâncias mais longas entre os pontos de cruzamento porque os cruzamentos são aleatórios. Quando a borracha é esticada, esses segmentos curtos e frágeis são susceptíveis de ser excessivamente esticados e quebrados, o que resulta na geração de rachaduras e reduz a vida útil.
Para melhorar a resistência à ruptura e a resistência da borracha sulfurada, Nian et al. basearam-se em uma estratégia apresentada nos últimos anos no gel de polímero: aumentar o número de enredos em cada cadeia cerca de dez vezes aumentando o comprimento dos segmentos de cadeia entre os pontos de intersecção. Para manter a conectividade da rede, ainda é necessário criar várias conexões em cada cadeia principal. Portanto, para alongar o segmento da cadeia, é necessário manter uma cadeia principal de polímero mais longa. Para isso, os pesquisadores decidiram evitar os métodos tradicionais de moldagem de alta intensidade para reduzir a destruição do comprimento da cadeia.
Mesmo com baixas densidades de cruzamento, os pesquisadores conseguiram que cada cadeia tivesse vários pontos de cruzamento e que houvesse segmentos de cadeia mais longos entre os cruzamentos. O módulo elástico desta borracha é controlado principalmente pelo enredamento. Quando a interligação é mais distante e há enredos contínuos no meio, pode efetivamente inibir a formação de rachaduras causadas pela ruptura de segmentos curtos da cadeia. Isso permite que o novo tipo de borracha suporte maior alongamento.
Na borracha natural altamente entrelaçada sintetizada por Nian et al., alguns segmentos da cadeia são esticados e outros são comprimidos. Mas, ao contrário de uma ligação cruzada, o enredo permite que a cadeia deslize nele, mais como um anel do que um nó. Esta redistribuição ao longo do segmento da cadeia ajuda a equilibrar a tensão, reduzindo a possibilidade de excessivo alongamento do segmento da cadeia, inibindo a geração e expansão de rachaduras. O método aumenta a resistência do material dez vezes e o limiar de fadiga cinco vezes.
É claro que essa borracha altamente enrolada tem muitas propriedades que precisam ser estudadas. Por exemplo, a ligação cruzada reduz o efeito sobre o desempenho de dispersão viscosa da borracha, o que é especialmente crítico em produtos como pneus. Além disso, os efeitos de vários aditivos, como preenchimentos, pigmentos e antioxidantes, no aumento da resistência também devem ser analisados. Mas se esse resultado for aplicado com sucesso à borracha comercial, terá um enorme impacto. Por exemplo, reduzir dez vezes a velocidade de desgaste dos pneus não só reduzirá a frequência de substituição e melhorará a segurança, mas também reduzirá significativamente as seis milhões de toneladas de microplásticos de borracha liberadas por ano devido ao desgaste dos pneus.
Vale a pena notar que Nian et al. enfraquecem duas etapas-chave no processamento de borracha natural— — Moldagem intensa e hiperligação entre cadeias— — Essas propriedades avançadas de polímeros são alcançadas. Independentemente de quais produtos esse tipo aparecerá no futuro“ engenharia” Os princípios básicos propostos pela equipe fornecerão estratégias futuras de design de materiais.
