Stephen L. Craig & amp de la Universidad de duke; Michael Rubinstein expresó las siguientes opiniones:
Caucho natural debido a su & ldkuo entre cadenas de polímeros; Enlace cruzado & rdkuo; Y flexible, ampliamente utilizado en muchas industrias. Pero el caucho se agrieta fácilmente y produce fatiga. Ahora, hay estudios que han demostrado que reducir la densidad de enlace cruzado en caucho natural altamente enredado puede mejorar su resistencia a la grieta y prolongar su vida útil.
Christopher & midmot; Uno de los descubrimientos poco conocidos de Colón en sus expediciones a las Américas fue el caucho natural, también conocido como & ldkuo; Látex & rdcuo; Ha sido utilizado por los nativos americanos durante siglos para hacer bolas y botas. Más tarde, Charles & midmot; Mckintosh utilizó caucho natural para hacer un impermeable que lleva su nombre. Pero los primeros productos tenían limitaciones fundamentales porque el caucho natural no era sólido, sino un líquido grueso: mientras el tiempo fuera suficiente, el caucho fluía y perdía su forma original. En el siglo xix, Charles & midmot; Goodyear descubrió el método de sulfuración, que convierte el caucho natural en un material sólido, con una producción anual de 15 millones de toneladas hasta la fecha, y es ampliamente utilizado en los campos del transporte, la medicina y los bienes de consumo. Sin embargo, los productos de caucho natural siguen siendo fáciles de agrietar. Nian y otros en Nature & midmot; Un método reportado en sostenibilidad ha multiplicado por diez los umbrales de resistencia y fatiga del caucho natural.
El caucho natural iframe está compuesto por moléculas de polímero muy largas y suaves y es un líquido viscoso y elástico. Con el tiempo, estas moléculas largas se deslizan entre sí, haciendo que el material pierda forma, pero en poco tiempo, estas moléculas no se alejan entre sí, por lo que el material muestra elasticidad. Este líquido & ndash; La fuente del comportamiento de mezcla sólida radica en el alto enredo de las cadenas de polímeros, cada una de las cuales está severamente restringida por sus vecinos y solo puede propagarse muy lentamente.
Goodyear descubrió que cuando el caucho natural se mezcla con azufre y se calienta (sulfuración), se convierte en un sólido elástico. El proceso forma enlaces de enlace cruzado entre moléculas de polímero, evita su flujo y establece una estructura permanente como una red de pesca tridimensional. Sin embargo, los segmentos de cadena de polímeros siguen siendo flexibles, por lo que el caucho es elástico. En el proceso de sulfuración típico, el número de enlaces cruzados es comparable al número de enredos.
Además, para facilitar el procesamiento, el caucho natural suele requerir & ldkuo; Refinación plástica & rdkuo; — — Se corta en cadenas más cortas a través del corte mecánico y se reduce la viscosidad. Por lo tanto, la red de caucho sulfuroso resultante está compuesta por segmentos cortos que ya no están fuertemente enredados. Aunque estos segmentos son suaves y el material es elástico, debido a que el enlace cruzado es aleatorio, algunos segmentos son más cortos que otros y la distancia entre los puntos de enlace cruzado es más larga. Cuando el caucho se estira, estos segmentos de cadena cortos y frágiles son propensos a ser estirados y rotos en exceso, lo que conduce a la generación de grietas y acorta la vida útil.
Para mejorar la resistencia a la rotura y la tenacidad del caucho sulfurado, nian y otros se basan en una estrategia propuesta en geles poliméricos en los últimos años: aumentar el número de enredos en cada cadena aproximadamente diez veces aumentando la longitud de los segmentos de cadena entre los puntos de enlace cruzado. Para mantener la conectividad de la red, todavía es necesario formar múltiples enlaces cruzados en cada cadena principal. Por lo tanto, para alargar los segmentos de cadena, es necesario mantener cadenas principales de polímeros más largas. Con este fin, los investigadores decidieron evitar el uso de plásticos tradicionales de alta resistencia para reducir el daño de la longitud de la cadena.
Incluso con una baja densidad de enlace cruzado, los investigadores lograron que cada cadena tuviera múltiples puntos de enlace cruzado, mientras que había largos segmentos enredados entre los enlaces cruzados. El módulo de elasticidad de este caucho está controlado principalmente por el enredo. Cuando la distancia de enlace cruzado es larga y hay enredos continuos en el medio, puede inhibir eficazmente la formación de grietas causadas por la ruptura de segmentos de cadena corta. Esto hace que el nuevo caucho pueda soportar un mayor estiramiento.
Iframe en caucho natural altamente enredado sintetizado por nian y otros, algunos segmentos de cadena se estiran y otros se comprimen. Pero a diferencia del enlace cruzado, el enredo permite que la cadena se deslice en ella, más como un anillo que un nudo. Esta redistribución de los enredos a lo largo de los segmentos de la cadena ayuda al equilibrio de la tensión y reduce la posibilidad de estiramiento excesivo de los segmentos de la cadena, frenando así la generación y propagación de grietas. Este método aumenta la tenacidad del material diez veces y el umbral de fatiga cinco veces.
Por supuesto, todavía hay muchas propiedades que deben estudiarse más a fondo en este caucho altamente enredado. Por ejemplo, el efecto de la reducción del enlace cruzado en las propiedades disipativas pegajosas del caucho es particularmente crítico en productos como los neumáticos. Además, es necesario examinar los efectos de diversos aditivos (como rellenos, pigmentos y antioxidantes) en el aumento de la resiliencia. Pero si el resultado se aplica con éxito al caucho comercial, tendrá un gran impacto. Por ejemplo, si se puede multiplicar por diez la velocidad de desgaste de la banda de neumáticos, no solo se puede reducir la frecuencia de reemplazo y mejorar la seguridad, sino también reducir drásticamente los 6 millones de toneladas de microplásticos de caucho liberados cada año debido al desgaste de los neumáticos.
Cabe señalar que nian y otros debilitaron los dos pasos clave en el procesamiento del Caucho Natural & mdash; — Moldeo intenso y enlace cruzado excesivo entre cadenas & mdash; — Se han logrado estas propiedades avanzadas de polímeros. No importa en qué productos aparezca este tipo en el futuro & ldkuo; Ingeniería de enredo & rdkuo; Los principios básicos propuestos por el equipo proporcionarán estrategias futuras de diseño de materiales.
