סינתזה של אלסטומרים נוזליים-גבישים לתכנות ראשי-שרשרת באמצעות תגובת תיאול-acrylate שני שלבים

המטרה הכוללת של תגובה דו-שלבית זו היא לעזור להתגבר על רבים מהחסמים הטכניים של אלסטומרים גבישיים נוזליים, כגון כיצד להשתמש בתגובה קלה, ניתנת להתאמה וניתנת להרחבה או כיצד לתכנת מכנית דגימה להפעלה מכנית יסודית. שיטה זו נותנת לנו פלטפורמה רב-תכליתית לחקור שאלות מפתח בתחום ה-LCEs וכן להפוך את החומרים הללו לנגישים יותר לחוקרים ללא רקע נרחב בכימיה וסינתזה. יתרון אחד של שימוש בטכניקה זו הוא שעל ידי שימוש בכימיה של תיול ואקרילט, היא נותנת לחוקרים דרך קלה מאוד לחקור קשרי מבנה, תכונה, ביצועים על ידי התאמת הכמויות והסוגים של מונומרים ומזוגנים המשמשים.

יצירת מונודומיין באלסטומר גבישי נוזלי תמיד הייתה אתגר, במיוחד דגימה עבה יחסית. בדרך כלל אנשים הידועים כמסתכלים על אלסטומר גבישי יתקשו בגלל הקושי של הסינתזה. מדגימים הליך זה סטודנטים לתואר ראשון ויקטוריה דור ומייקל בולינג'ר.

כדי להתחיל, הוסף 4 גרם RM257 לבקבוקון של 30 מיליליטר. RM257 הוא מזוגן דיאקרילט ומתקבל כאבקה. ממיסים את ה-RM257 על ידי הוספת 40 אחוז משקל של טולואן.

לאחר מכן מחממים ל 80 מעלות צלזיוס על פלטה חמה. בדרך כלל לוקח פחות מ-5 דקות להמיס את ה-RM257 לתמיסה. לאחר קירור התמיסה לטמפרטורת החדר, הוסף 0.217 גרם של המונומר הצולב טטרתיול PETMP.

השלב הבא הוא להוסיף את מונומר הדיתיול. במחקר זה, EDDET נבחר על פני דיתיולים קצרים יותר בעלי משקל מולקולרי נמוך יותר שיש להם ריח חזק במיוחד בצורה נוזלית. הוסף 0.9157 גרם של EDDET כדי לגרום ליחס מולרי של קבוצות פונקציונליות תיול בין PETMP ל-EDDET של 15 עד 85 או 15 אחוז מול PETMP.

לאחר מכן ממיסים 0.0257 גרם של הפוטו-יוזם HHMP לתמיסה. HHMP משמש כדי לאפשר את תגובת הפוטופולימריזציה של השלב השני וניתן להשמיט אותו אם לא ייעשה שימוש בתגובת השלב השני. הכן תמיסה נפרדת של זרז על ידי דילול דיפרופילאמין או DPA, עם טולואן ביחס של 1:50.

הוסף 0.568 גרם של תמיסת זרז מדולל לתמיסת המונומר, המתאימה לאחוז שומה אחד של הזרז ביחס לקבוצות הפונקציונליות של תיול. מערבבים במרץ על מערבל מערבולת. הימנע מהוספת זרזים לא מדוללים לתמיסה, מכיוון שסביר להניח שהדבר יביא לפילמור מקומי מהיר במיוחד וימנע מניפולציה של תמיסת הפולימר לתבניות הרצויות.

מיד לאחר הערבוב, הנח את תמיסת המונומר בתא ואקום למשך דקה אחת ב-508 מילימטרים של כספית כדי להסיר בועות אוויר הנגרמות כתוצאה מערבוב. מעבירים מיד את התמיסה לתבנית הרצויה או מזריקים את התמיסה בין שתי שקופיות זכוכית. יש לייצר תבניות מ- HDPE.

אין צורך לכסות את התבניות, מכיוון שתגובת התוספת של מייקל אינה רגישה יחסית לעיכוב חמצן. אפשר לתגובה להמשיך לפחות 12 שעות בטמפרטורת החדר. התמיסה תתחיל לג'ל תוך 30 הדקות הראשונות.

לאחר מכן הניחו את הדגימות בתא ואקום בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס ו-508 מילימטרים של כספית למשך 24 שעות כדי לאדות את הטולואן. לאחר השלמתן, הדגימות צריכות להיות בעלות מראה לבן מבריק ואטום בטמפרטורת החדר. חזור על ההליך כדי להתאים את היחס בין מונומרים תיול טטרה-פונקציונליים לדו-פונקציונליים ביחסים של 25:75, 50:50 ו-100:0, בהתאמה.

הכן תבנית עצם כלב מותאמת אישית HDPE באורך מד של 25 מילימטרים ושטח חתך של 1 מילימטר על 5 מילימטרים. בעזרת פיפטה מזכוכית, מלאו כל חלל תבנית בתמיסת מונומר PETMT של 15 אחוז שומה עד שהוא סומק עם החלק העליון של התבנית. הניחו לדגימות להתרפא ולהתייבש כמו קודם.

לאחר מכן הגדר שתי חתיכות של סרט לייזר רפלקטיבי במרחק של 5 עד 7 מילימטרים זו מזו באורך המד של הדגימה. טען את הדגימה לבודק מכני המצויד במד הרחבה לייזר, תא תרמי ותא עומס של 500 ניוטון. השתמש באחיזות טריז או הידוק עצמי כדי לאבטח את הדגימה.

אחיזות הידוק עצמי יכולות לסייע במניעת עקירת הדגימה בערכי מתח גבוהים. יישר את מד הרחבת הלייזר כראוי כדי לעקוב אחר השינוי המדויק באורך כפונקציה של מתח מופעל. בעזרת טוש קבוע, סמנו נקודה בצד השני של כל פיסת סרט רפלקטיבי, ורשמו את האורך בין הנקודות.

מסננים את הדגימות בטמפרטורת החדר בקצב תזוזה של 0.2 מילימטר לשנייה ל-100, 200, 300 או 400 אחוז מתח. תוך שמירה על רמת המתח הרצויה, חשוף את הדגימה למקור אור UV של 365 ננומטר בעוצמה של כ-10 מילי-וואט לסנטימטר רבוע למשך 10 דקות תוך החזקת מנורת UV במרחק של כ-150 מילימטרים מהדגימה. פרקו את הדגימה ולאחר מכן חממו אותה מעל טמפרטורת המעבר האיזוטרופית, או TI, כדי לגרום להפעלה.

הניחו לדגימה להתקרר בחזרה לטמפרטורת החדר ורשמו את האורך בין הנקודות. לאחר מכן חשב את הקיבעון באמצעות המשוואה הרשומה בפרוטוקול הטקסט. לאחר מכן חתכו דגימה באורך 30 מילימטר מהחלק המרכזי של הדגימה המתוכנתת.

טען את הדגימה כראוי לניתוח מכני דינמי או DMA, בודק. בדוק את הדגימה במצב מתיחה באורך פעיל של 13 עד 15 מילימטרים, הקפד לא להדק יתר על המידה את האחיזה בקופון הבדיקה. לאזן את הדגימה ב-120 מעלות צלזיוס תחת עומס מוקדם של 0 ניוטון, ולאחר מכן קירור הדגימה מ-120 ל-25 מעלות צלזיוס בקצב של 3 מעלות צלזיוס לדקה.

שמור על הכוח המקדים על 0 ניוטון לכל הבדיקה. על ידי התאמת היחס המולרי של קבוצות פונקציונליות תיול בין מונומרים דיתיול וטטרתיול, מודגם מגוון רחב של תכונות מכניות בחומרים. המודולוס, מתח הכשל ומישור האלסטיות הרכה מושפעים כולם מכמות המקשר הצולב הטטרה-פונקציונאלי הקיים במהלך תגובת התוספת של מייקל בשלב הראשון.

ניתן להתאים את התנהגות מעבר הזכוכית גם באמצעות היחס המולרי של טטרתיול צולב המשמש במהלך הסינתזה. טמפרטורת מעבר הזכוכית, המודול הפנאומטי והמודול האיזוטרופי גדלים עם הגדלת ריכוז הקישור הצולב. חומרים אלה מציגים התנהגות תרמו-מכנית ייחודית, בכך שתפקודי הדלתא החומים שלהם נשארים גבוהים לאחר מעבר הזכוכית ובכל האזור הפנאומטי.

מתח הכשל של חומרים אלה כפונקציה של הטמפרטורה עוקב אחר אותה צורה כמו פונקציית הדלתא השזופה, ומגיע למקסימום קרוב לטמפרטורת מעבר הזכוכית. על ידי שימוש בפלטפורמה זו, ניתן למדוד את הקיבעון, או היעילות של נעילת המונודומיין של תגובת השלב השני, כפונקציה של מתח מופעל. יתר על כן, נראה כי גודל ההפעלה התרמית גדל באופן ליניארי עם מתח תכנות יישומי.

שימוש בתגובת תיול אקרילט רב-שלבית מקל בהרבה על עיבוד וסינתזה של ה-LCEs. הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית כדי להראות שכל אחד יכול לחקור את החומרים המרתקים הללו עם מזוגנים ומונומרים זמינים מסחרית. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד ליצור אלסטומרים גבישיים נוזליים הניתנים להתאמה אישית משלך ולתכנת אותם להפעלה תרמית הפיכה.

בשל האופי הניתן להרחבה של תגובת תיול אקרילט, אנו מסוגלים ליצור תכונות בקנה מידה קטן בדגימות גדולות שיש להן פוטנציאל לשימוש במכשירים ביו-רפואיים. לאחר שנלמד, לקבוצה גדולה של דגימות אלסטומר נוזלי-גבישי לוקח כשעה לערבב. אנחנו נותנים לדגימות שלנו להתרפא בן לילה, להתייבש למחרת, ואז הן מוכנות לבדיקה, וזה מהיר יותר מטכניקות רבות.

בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לזכור שיש קבוצות אקרילט עודפות כדי לאפשר את תגובת הפוטופולימריזציה בשלב השני. כמובן שאם אתה שומר על האיזון הסטויכיומטרי של קבוצות אקרילט לתיול, אתה עדיין יכול לסנתז דגימות פולידומיינים. בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות כמו פוטו-דפוס על מנת להתאים במיוחד את התכונה המכנית של האלסטומר ולשלוט בטמפרטורת המעבר בין פולידומיין, מונודומיין ומצב איזוטרופי.

הטכניקה פותחת כעת דלתות למהנדסי מדעי החומרים בכל רחבי העולם ומספקת את האמצעים לחקור את התכונות המכניות והאופטיות של LCEs בצורה די קלה. אל תשכח שעבודה עם ממיסים ומונומרים אורגניים מסוכנת ויש לנקוט תמיד באמצעי זהירות כמו לבישת ציוד מגן אישי ועבודה במאוורר מכסה המנוע בעת ביצוע הליך זה.