Preparation and properties of self-healing polyether amines based on Diels–Alder reversible covalent bonds

2018 ◽  
Vol 31 (1) ◽  
pp. 51-62 ◽  
Author(s):  
Xiaofei Wang ◽  
Kaifeng Zhao ◽  
Xiaowen Huang ◽  
Xiaoyue Ma ◽  
Yanyan Wei
Keyword(s):  
Glycidyl Ether ◽  
Tensile Tests ◽  
Optical Microscope ◽  
Mechanical Analysis ◽  
Diels Alder ◽  
Proton Nuclear Magnetic Resonance ◽  
Self Healing ◽  
Covalent Bonds ◽  
Reversible Covalent ◽  
Automotive Coating

Over time, automotive coating is bound to be damaged; therefore, it is necessary to give the coating a self-healing ability to make its performance even better. First, furfuryl glycidyl ether (FGE) was synthesized by epichlorohydrin and furfuryl alcohol. Then, furanyl-terminated resin FGE-T5000 was synthesized by polyether amine T5000 and FGE. Finally, 4,4′-diphenylmethane bismaleimide (BDM) was added to FGE-T5000 as a cross-linking agent to form a resin named FGE-T5000-BDM which has Diels–Alder (DA) bonds. The products were characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy, proton nuclear magnetic resonance, differential scanning calorimeter, dynamic mechanical analysis, thermogravimetric analysis, optical microscope, tensile tests, and other tests. The results showed that FGE-T5000-BDM demonstrated thermally reversible self-healing property from 50°C to 150°C, and that the best temperature of the DA reaction was 80°C. The gel content of FGE-T5000-BDM was 98%. Also, the glass transition temperature and the initial temperature of the Retro-DA (r-DA) reaction were −58°C and 88°C, respectively. Moreover, the self-healing efficiency of FGE-T5000-BDM was up to 88% after staying at 80°C for 12 h. The innovation shown in this article was that the reversible covalent bonds (DA) were combined with the polyether amines, which produced the characteristics of self-healing. Its unique self-healing properties are useful in some areas, such as automobile coatings and other materials.

Self-Healing Polymers Based on Reversible Covalent Bonds

2015 ◽  
pp. 1-58 ◽  
Author(s):  
Natascha Kuhl ◽  
Stefan Bode ◽  
Martin D. Hager ◽  
Ulrich S. Schubert
Keyword(s):  
Self Healing ◽  
Covalent Bonds ◽  
Reversible Covalent

New Chain Extenders for Self-Healing Polymers

2021 ◽  
Vol 899 ◽  
pp. 628-637
Author(s):  
Daria V. Zakharova ◽  
Zalina A. Lok’yaeva ◽  
Alexander A. Pavlov ◽  
Alexander V. Polezhaev
Keyword(s):  
Alder Reaction ◽  
Diels Alder ◽  
Hydroxyl Groups ◽  
Structural Fragment ◽  
Self Healing ◽  
Diels Alder Reaction ◽  
Small Series ◽  
Chain Extenders ◽  
Reversible Covalent ◽  
Thermochemical Parameters

We present here a small series of compounds designed to modify the polymer chain of various polyurethanes in order to introduce a structural fragment with the ability of thermally-triggered reversible covalent interactions. Bismaleimides (2a-2e) were synthesized from commercially available aromatic and aliphatic symmetric diamines (1a-1e) and were further introduced into the Diels-Alder reaction with furfuryl alcohol as dienophiles. The Diels-Alder adducts (3a-3e) were obtained as a mixture of endo- and exo-isomer. The presence of symmetrical hydroxyl groups in the structure of the obtained compounds makes them suitable as chain extenders of low molecular weight diisocyanate prepolymers. The presence of a thermally reversible Diels-Alder reaction adduct in the structure of potential chain-extenders opens a possibility to create unique materials with self-healing properties. All compounds obtained were characterized by 1H, 13C NMR, ESI-HRMS, and IR spectroscopy. The thermochemical parameters of the reverse Diels-Alder reaction were established using DSC analysis.

scholarly journals Fabrication of Self-Healable Magnetic Nanocomposites via Diels−Alder Click Chemistry

2019 ◽  
Vol 9 (3) ◽  
pp. 506 ◽  
Author(s):  
Yi-Huan Lee ◽  
Yan-Nian Zhuang ◽  
Hsin-Ta Wang ◽  
Ming-Feng Wei ◽  
Wen-Chi Ko ◽  
...  
Keyword(s):  
Hybrid System ◽  
Glycidyl Ether ◽  
Magnetic Behavior ◽  
Diels Alder ◽  
Hybrid Network ◽  
Organic Polymer ◽  
Self Healing ◽  
Multiwalled Carbon ◽  
Novel Approach ◽  
Superparamagnetic Properties

In this study, we report a novel approach to fabricate an organic/inorganic magnetic hybrid system capable of self-healing, wherein a polycaprolactone-poly(furfuryl glycidyl ether) copolymer (PCLF) serving as the structure template was first synthesized, followed by the incorporation of iron oxide nanoparticles-decorated multiwalled carbon nanotubes (IONPs-MWCNTs) and 1,1′-(methylenedi-4,1-phenylene)bismaleimide (BMI) into the polymer matrix to form a covalently crosslinked hybrid network via a Diels−Alder (DA) reaction. For this system, the reactive combination of diene and dienophile from furan/maleimide, MWCNT/furan, and MWCNT/maleimide could facilely induce multiple DA reactions that imparted a versatile route to efficiently introduce IONPs-MWCNTs into the organic polymer hosts, resulting in a uniform distribution of IONPs-MWCNTs that led to a hybrid system with superparamagnetic properties. Beside the magnetic behavior, such material synergistically exhibited a superior ability for healing scratch defects via a retro-DA reaction. Therefore, this crosslinked PCLF/BMI/IONPs-MWCNTs hybrid system which exhibits multifunctional properties including superparamagnetic behavior and self-repairability can serve as an intelligent material for developing advanced electromagnetic applications.

The Underlying Chemistry of Self-Healing Materials

MRS Bulletin ◽  
2008 ◽  
Vol 33 (8) ◽  
pp. 759-765 ◽  
Author(s):  
Kyle A. Williams ◽  
Daniel R. Dreyer ◽  
Christopher W. Bielawski
Keyword(s):  
Ring Opening ◽  
State Of The Art ◽  
Noncovalent Interactions ◽  
Self Healing ◽  
Covalent Bonds ◽  
The Past ◽  
Ring Opening Reactions ◽  
Ligand Interactions ◽  
Reversible Covalent ◽  
Metal Ligand

AbstractOver the past ten years, a broad range of self-healing materials, systems that can detect when they have been damaged and heal themselves either spontaneously or with the aid of a stimulus, has emerged. Although many unique compositions and components are used to create these materials, they all employ basic chemical reactions to facilitate repair processes. Kinetically controlled ring-opening reactions and reversible metal–ligand interactions have proven useful in autonomic self-healing materials, which require no stimulus (other than the formation of damage) for operation. In contrast, nonautonomic self-healing materials, which require some type of externally applied stimulus (such as heat or light) to enable healing functions, have capitalized on chemistries that utilize either reversible covalent bonds or various types of noncovalent interactions. This review describes the underlying chemistries used in state-of-the-art self-healing materials, as well as those currently in development.

scholarly journals Rapid self-healing and recycling of multiple-responsive mechanically enhanced epoxy resin/graphene nanocomposites

RSC Advances ◽  
2017 ◽  
Vol 7 (73) ◽  
pp. 46336-46343 ◽  
Author(s):  
Chenting Cai ◽  
Yue Zhang ◽  
Xueting Zou ◽  
Rongchun Zhang ◽  
Xiaoliang Wang ◽  
...  
Keyword(s):  
Epoxy Resin ◽  
High Performance ◽  
Diels Alder ◽  
Self Healing ◽  
Covalent Bonds ◽  
Graphene Nanocomposites ◽  
Graphene Nanocomposite

A rapid self-healing and recyclable high-performance crosslinked epoxy resin (ER)/graphene nanocomposite is reported by simultaneously incorporating thermally reversible Diels–Alder (DA) covalent bonds and multiple-responsive graphene into the ER matrix.

Self-healable polymer gels with multi-responsiveness of gel–sol–gel transition and degradability

2017 ◽  
Vol 8 (7) ◽  
pp. 1263-1271 ◽  
Author(s):  
Ruixue Chang ◽  
Heng An ◽  
Xu Li ◽  
Ruyi Zhou ◽  
Jianglei Qin ◽  
...  
Keyword(s):  
Sol Gel ◽  
Polymer Gels ◽  
Aldehyde Group ◽  
Self Healing ◽  
Polymer Gel ◽  
Covalent Bonds ◽  
Ester Moiety ◽  
Sol Gel Transition ◽  
Reversible Covalent ◽  
Gel Transition

P(NIPAM-co-FPA) contains an aldehyde group and a phenolic ester moiety is synthesized. The aldehyde group can form reversible covalent bonds with hydrazide to endow the polymer gels with self-healing properties. The self-healable polymer gel can be degraded in Na2CO3 solution based on cleavage of phenolic ester bond.

scholarly journals The Influence of the Furan and Maleimide Stoichiometry on the Thermoreversible Diels–Alder Network Polymerization

Polymers ◽  
2021 ◽  
Vol 13 (15) ◽  
pp. 2522
Author(s):  
Ali Safaei ◽  
Seppe Terryn ◽  
Bram Vanderborght ◽  
Guy Van Assche ◽  
Joost Brancart
Keyword(s):  
Transition Temperature ◽  
Functional Groups ◽  
Polymer Networks ◽  
Viscoelastic Behavior ◽  
Mechanical Analysis ◽  
Thermomechanical Properties ◽  
Diels Alder ◽  
Stoichiometric Ratio ◽  
Self Healing ◽  
Scanning Calorimetry

In recent work, the thermoreversible Diels–Alder reaction between furan and maleimide functional groups has been studied extensively in the context of self-healing elastomers and thermosets. To elaborate the influence of the stoichiometric ratio between the maleimide and furan reactive groups on the thermomechanical properties and viscoelastic behavior of formed reversible covalent polymer networks, a series of Diels–Alder-based networks with different stoichiometric ratios was synthesized. Differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA) and dynamic rheology measurements were performed on the reversible polymer networks, to relate the reversible network structure to the material properties and reactivity. Such knowledge allows the design and optimization of the thermomechanical behavior of the reversible networks for intended applications. Lowering the maleimide-to-furan ratio creates a deficit of maleimide functional groups, resulting in a decrease in the crosslink density of the system, and a consequent decrease in the glass transition temperature, Young’s modulus, and gel transition temperature. The excess of unreacted furan in the system results in faster reaction and healing kinetics and a shift of the reaction equilibrium.

scholarly journals Research on synthesis and self-healing properties of interpenetrating network hydrogels based on reversible covalent and reversible non-covalent bonds

2021 ◽  
Vol 28 (1) ◽  
Author(s):  
Xiaowen Huang ◽  
Xiaofei Wang ◽  
Chuanying Shi ◽  
Yang Liu ◽  
Yanyan Wei
Keyword(s):  
Hydrogen Bonds ◽  
Disulfide Bonds ◽  
The Self ◽  
Self Healing ◽  
Complex Environment ◽  
Interpenetrating Network ◽  
Covalent Bonds ◽  
Healing Efficiency ◽  
Potential Applications ◽  
Reversible Covalent

AbstractFirst of all, we will provide a brief background on the self-healing hydrogels we produced which are suitable for the complex environment of nature. In this paper, disulfide bonds and acylhydrazone bonds can be combined in SH-WPU and hydrogen bonds existed in PAMAM. And the hydrogel can achieve self-healing under acid, alkaline, neutral or light environment.Self-healing for 1 h, 24 h and 48 h, the self-healing efficiency is 31.58%, 49.84% and 87.35% respectively. This effect achieved the desired effect and the repair effect is more obvious than previous research results. The hydrogels have potential applications in the field of biomaterials.

scholarly journals Development of self-healing techniques for fiber reinforced composites

2017 ◽  
Author(s):  
Αθανάσιος Κοτρώτσος
Keyword(s):  
Fracture Toughness ◽  
Smart Materials ◽  
Diels Alder ◽  
Low Velocity Impact ◽  
Self Healing ◽  
Interlaminar Fracture Toughness ◽  
Low Velocity ◽  
Covalent Bonds ◽  
Interlaminar Fracture ◽  
Reversible Polymers

Τις τελευταίες δεκαετίες σύνθετα υλικά (ΣΥ) υψηλών μηχανικών ιδιοτήτων και προδιαγραφών αντικαθιστούν όλο περισσότερο μεταλλικά μέρη αεροσκαφών και διάφορα άλλα μέρη που σχετίζονται με βιομηχανικές εφαρμογές. Αυτή η τάση έχει τις ρίζες της στη ζήτηση δομικών υλικών με βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες, χαμηλή πυκνότητα και αντίσταση στη διάβρωση. Από την άλλη, τα υλικά αυτά και κυρίως τα πολύστρωτα ΣΥ, κατά τη διάρκεια λειτουργίας τους εμφανίζουν μικρή αντίσταση στη διάδοση διαστρωματικών αποκολλήσεων. Αυτό το μειονέκτημα τα καθιστά ιδιαίτερα ευπαθή σε φορτίσεις εκτός επιπέδου που τυχόν θα αντιμετωπίσουν κατά τη διάρκεια λειτουργίας κατασκευών που τις απαρτίζουν και γι'αυτό τις τελευταίες δεκαετίες έχει γίνει πολύ μελέτη για το πως θα επιτευχθεί η ενίσχυση της διαστρωματικής αντοχής των υλικών αυτών. Οι συμβατικές μέθοδοι επισκευής ως γνωστό παρουσιάζουν πολλές αδυναμίες και μειονεκτήματα (π.χ. είναι χρονοβόρες, κοστοβόρες και όχι πάντοτε αποτελεσματικές). Έτσι η προβληματική κατά το πάχος αντίσταση των υλικών αυτών στη διάδοση διαστρωματικών αποκολλήσεων, σε συνδυασμό με τα αδύναμα σημεία των συμβατικών μεθόδων επισκευής τους, βάζει εμπόδια στην ευρύτερη χρήση τους στις σύγχρονες προηγμένες κατασκευές. Το τελευταίο διάστημα ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει εκδηλωθεί από τους επιστήμονες μηχανικούς για την ανάπτυξη πολύ-λειτουργικών υβριδικών συνθέτων υλικών που θα είναι σε θέση όχι μόνο να φέρουν υψηλά μηχανικά φορτία αλλά και να έχουν τη δυνατότητα της επούλωσης τυχόν βλαβών μέσα στη μήτρα του συνθέτου υλικού. Μια τέτοια δυνατότητα είναι αυτή της "Αυτοΐασης" (self-healing), που με λίγα λόγια σημαίνει ότι εάν το υβριδικό ή τροποποιημένο υλικό παρουσιάσει κάποια εσωτερική βλάβη από κάποιο εξωτερικό αίτιο το ίδιο το υλικό θα είναι σε θέση να αυτό-επισκευασθεί ή αυτό-επουλωθεί. Η ενσωμάτωση υλικών με αυτές τις "ευφυής" ιδιότητες (Smart Materials) στις κατασκευές στην παρούσα φάση βρίσκονται σε επίπεδο εργαστηρίου.Σύμφωνα με τα προαναφερθέντα η ανάπτυξη νέων υβριδικών ή τροποποιημένων πολύστρωτων συνθέτων υλικών με βελτιωμένη διαστρωματική δυσθραυστότητα (interlaminar fracture toughness) τα οποία έχουν τη δυνατότητας της αυτοΐασης (Self-healing functionality) αποτελεί στόχο. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει προσπάθειες για την αύξηση της διαστρωματικής δυσθραυστότητας των δομικών αυτών συνθέτων υλικών με διάφορες μεθόδους (nano-modification, stitching, z-pinning, interleaving, optimization of the stacking sequence, κ.α.), ενώ ταυτόχρονα έχουν αναπτυχθεί διάφοροι τρόποι ενσωμάτωσης της δυνατότητας αυτοΐασης (νάνο ή μικρό-κάψουλες (nano or micro-capsules), μικρό-αγγειακά δίκτυα (vascular networks) και ΘΑΠ (reversible polymers)). Από την έως τώρα βιβλιογραφική επισκόπηση, πολλές προσπάθειες έχουν γίνει μονόπλευρα είτε από την πλευρά της αύξησης της διαστρωματικής δυσθραυστότητας είτε από την πλευρά ενσωμάτωσης της ιδιότητας της αυτοΐασης. Υπάρχει περιορισμένος αριθμός δημοσιεύσεων που αφορούν και τις δυο κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Βασική προϋπόθεση κατά την ανάπτυξη του νέου αυτού υβριδικού ή τροποποιημένου συνθέτου υλικού που θα έχει την ικανότητα της αυτοΐασης είναι: α) η προσθήκη του υλικού ή του συστήματος που θα προσδίδει στο σύνθετο υλικό την ιδιότητα της αυτοΐασης να μην προκαλεί μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων "knock down effect" (τουλάχιστον σημαντικά), και β) να μην αυξάνει σημαντικά το κόστος παραγωγής και την πολυπλοκότητα παρασκευής των νέων αυτών ΣΥ. Όλα τα ανωτέρω αποτελούν τεράστιες προκλήσεις που πρέπει να απαντηθούν ώστε να προχωρήσει η εφαρμογή αυτής της πολλά υποσχόμενης τεχνολογίας.Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη τεχνικών αυτοΐασης σε ινώδη ΣΥ με ενσωμάτωση θερμικά αναστρέψιμων πολυμερών (ΘΑΠ) (reversible polymers) στη μήτρα του συνθέτου υλικού. Πιο συγκεκριμένα η διατριβή αυτή βασίζεται στη στρατηγική των ΘΑΠ γνωστή ως "Reversible Polymers Strategy" η οποία είναι μη αυτόνομη διαδικασία (non-autonomous self-healing) καθώς εξωτερικά αίτια θα επιφέρουν την ίαση (θέρμανση και πίεση για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα) στο σημείο όπου εντοπίζεται η βλάβη με χρήση μεθόδων μη καταστροφικών ελέγχου (ΜΚΕ). Η στρατηγική αυτή έχει αρκετά πλεονεκτήματα καθώς δεν απαιτείτε ενσωμάτωση στο υπό επισκευή ΣΥ καψουλών (νάνο ή μικρό) ή μικρο-αγγειακών δικτύων που είναι πολύ πιθανόν να λειτουργήσουν ως σημεία συγκέντρωσης τάσεων, που με τη σειρά τους θα οδηγήσουν στην πρόωρη δημιουργία ρωγμών μέσα στη μήτρα του ΣΥ και κατά συνέπεια τη μελλοντική θράση του. Επίσης η χρήση των θερμικά αναστρέψιμων πολυμερών είναι πολλαπλή καθώς έχουν την δυνατότητα της ίασης για περισσότερες από μια φορές.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή έγινε εκτενής μελέτη ενσωμάτωσης τριών τύπων θερμικά αναστρέψιμων πολυμερών βάσει των δεσμών που συνδέουν τις πολυμερικές αλυσίδες μεταξύ τους. Ο κάθε τύπος θερμικά αναστρέψιμου πολυμερούς απασχολεί ένα κεφάλαιο ξεχωριστά στην παρούσα εργασία (Κεφάλαια 3,4 και 5 αντίστοιχα). Αρχικά μελετήθηκαν δυο βασικά υλικά θερμοπλαστικού τύπου (το PET (Polyethylene terephthalate) και το Nylon-66) που κατά κύριο λόγο βασίζονται σε ομοιοπολικούς δεσμούς (covalent bonds). Στη συνέχεια μελετήθηκαν υλικά τύπου Βις-μαλεϊμίδιου (Bis-maleimide (ΒΜΙ)) και μείγματα αυτών με εποξειδικές ρητίνες που βασίζονται σε ειδικούς ομοιοπολικούς δεσμούς (Specialcovalentbonds) και έχουν ως βάση τις Diels-Alder (DA) και Retro Diels Alder (R-DA) αντιδράσεις. Τέλος μελετήθηκαν ΘΑΠ τύπου Supramolecular τα οποία βασίζονται στη Supramolecular χημεία και κατά κύριο λόγο σε δεσμούς υδρογόνου (hydrogenbonds).Τα προαναφερθέντα υλικά τοποθετήθηκαν σε ινώδη ΣΥ από ίνες άνθρακα (CFRPs) είτε με τη μορφή απλής διασποράς μέσα στη μήτρα είτε υπό τη μορφή πολύ λεπτών στρώσεων ή φιλμ (interleaving) μεταξύ των στρώσεων του ΣΥ. Πιο συγκεκριμένα η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώθηκε στη μελέτη της διαστρωματικής θραυστομηχανικής συμπεριφοράς τύπου Ι και ΙΙ (interlaminar fracture toughness Ι and II) για ΣΥ που εμπεριέχουν όλων των τύπων των προαναφερθέντων υλικών καθώς και στη μελέτη συμπεριφοράς τους σε πειράματα κρούσης χαμηλής ταχύτητας (low velocity impact tests) και θλίψης μετά από την κρούση (Compression After Impact (CAI)). Ακολούθως εφαρμόστηκε η διαδικασία της αυτοΐασης των βλαβών και τα μηχανικά τεστ επαναλήφθηκαν υπό πανομοιότυπες συνθήκες. Η διαδικασία δοκιμής/επισκευής επαναλήφθηκε αρκετές φορές μετά την αρχική πρόκληση βλάβης στο τροποποιημένο ΣΥ. Ως βοηθητικά εργαλεία στη διεξαγωγή της έρευνας αυτής χρησιμοποιήθηκαν ο ΜΚΕ των CFRP πλακών μέσω C-scan, η παρακολούθηση της ακουστικής δραστηριότητας (Acoustic Emission (AE)) των δοκιμίων κατά τη διάρκεια των πειραμάτων αλλά και η μελέτη της εσωτερικής δομής των ΣΥ χρήσει οπτικού μικροσκοπίου και SEM.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document