Regenerarea fizică (sau self-healing) este o proprietate specială a unor materiale moderne, care le permite să se „repare singure" atunci când suferă zgârieturi sau mici defecte. În cazul foliilor de protecție din poliuretan (PU) - cum sunt cele premium folosite de Duragon - această capacitate înseamnă că zgârieturile fine pot dispărea de la sine, fără intervenție, atunci când sunt expuse la căldură sau lumină.

1. Proprietăți structurale ale poliuretanului implicate în regenerare

Poliuretanul este un copolimer rezultat din reacția între un diizocianat și un poliol, cu o structură segmentată formată din:

• Segment moale (soft segment): lanțuri flexibile de polieter sau poliester
• Segment dur (hard segment): secvențe uretanice rigide și polarizabile

Această structură permite ajustarea comportamentului fizic între flexibilitate și rigiditate, dar mai important, permite mobilitate moleculară controlată, esențială pentru regenerare.

 

 

2. Mecanisme moleculare de regenerare fizică

Regenerarea în PU nu este doar un fenomen mecanic (recuperare elastică), ci implică procese moleculare reversibile activate în general de căldură sau alți stimuli (lumină, presiune).

Legături reversibile

Legături de hidrogen: Se formează între grupările urethanice (--NH--COO--) și alte grupări polare. Sunt slab energetice (~2-10 kJ/mol), dar extrem de numeroase. Se reorientează și refac ușor sub încălzire.

 

Legături disulfidice (--S--S--): Atunci când sunt introduse în structura PU, permit rearanjarea lanțurilor prin schimb izomeric la temperaturi moderate (50-100°C), generând efect de vindecare chimică reversibilă.

 

Reacții Diels-Alder: În PU funcționalizat cu grupări furanice și maleimidice, se formează cicluri reversibile care se desfac la temperaturi >70°C și se refac la răcire, permițând refacerea rețelei.

 

 

3. Aplicații comerciale

Foliile auto-regenerabile din poliuretan (PU) au devenit din ce în ce mai populare în domeniul protecției dispozitivelor electronice și a altor suprafețe expuse uzurii cotidiene. Un segment important îl reprezintă foliile de protecție pentru telefoane mobile, navigații auto, laptopuri și alte echipamente portabile.

Aceste folii subțiri, realizate din poliuretan cu capacitate de regenerare termică, sunt proiectate să răspundă la temperaturi ambientale sau chiar la temperatura corpului. Prin mecanismul de auto-vindecare, zgârieturile fine cauzate de contactul cu obiecte dure, frecare sau mici impacturi dispar în câteva minute până la câteva ore, fără a necesita intervenții suplimentare.

În cazul telefoanelor mobile, foliile de protecție din PU ajută la menținerea unui aspect impecabil al ecranului, contribuind la prelungirea duratei de viață a dispozitivului și la îmbunătățirea experienței utilizatorului. Similar, pentru navigațiile auto și laptopuri, aceste folii oferă o barieră eficientă împotriva zgârieturilor generate de utilizarea zilnică, precum și împotriva prafului sau petelor.

Un avantaj important al foliilor auto-regenerabile este abilitatea lor de a se „repara" fără a necesita înlocuire sau reparații costisitoare, reducând astfel impactul economic și ecologic al protecției suprafețelor.

Datorită flexibilității și transparenței excelente, aceste folii se aplică ușor pe diverse forme și suprafețe, fiind ideale pentru protecția obiectelor de uz zilnic care sunt susceptibile la deteriorări superficiale.

4. Demonstrarea capacității de auto-vindecare a poliuretanului

Capacitatea de auto-vindecare a poliuretanului bazat pe legături disulfidice și legături de hidrogen a fost demonstrată într-un studiu realizat de o echipă de cercetători de la Departamentul de Inginerie Chimică al Universității de Știință și Tehnologie.

Procesul a fost evidențiat printr-o serie de pași. Mai întâi, mostra inițială, intactă (pasul A), a fost fotografiată pentru referință. Apoi, în pasul B, mostra a fost tăiată în două jumătăți. În pasul C, cele două jumătăți au fost puse în contact simplu, fără aplicarea de presiune, și lăsate să stea astfel timp de 12 ore la o temperatură constantă de 60°C. După această perioadă (pasul D), cele două părți nu mai puteau fi separate manual, iar materialul putea fi întins fără să se rupă, indicând refacerea integrității mecanice.

 

Pentru monitorizarea procesului de vindecare la nivel microscopic, au fost realizate imagini optice la diferite intervale de timp, toate la temperatura de 60°C. Astfel, la momentul inițial (pasul A) fisura era clar vizibilă. După o oră (pasul B), fisura începea să se estompeze, iar la două ore (pasul C) crăpătura se micșora vizibil. La patru ore (pasul D), fisura devenea tot mai puțin adâncă, iar după șase ore (pasul E) fisura era semnificativ redusă. În cele din urmă, după 12 ore (pasul F), fisura aproape că dispăruse complet.

 

 

5. Concluzie

Foliile auto-regenerabile din poliuretan reprezintă o inovație remarcabilă în protecția suprafețelor sensibile, datorită mecanismelor moleculare reversibile, cum ar fi legăturile disulfidice și cele de hidrogen. Aceste legături permit materialului să-și refacă singur integritatea după apariția zgârieturilor, fără intervenții externe.

Rezultatele experimentale, demonstrate de echipa de la Universitate, evidențiază eficiența procesului de auto-vindecare la temperatura moderată de 60°C, ceea ce face aceste foliile ideale pentru aplicații cotidiene pe telefoane mobile, laptopuri și alte dispozitive.

Prin utilizarea acestor folii, utilizatorii pot prelungi durata de viață a echipamentelor lor, menținându-le aspectul estetic și funcțional, în timp ce reduc costurile asociate cu înlocuirea sau repararea suprafețelor deteriorate.

Prin integrarea acestor tehnologii avansate în foliile sale, Duragon oferă un produs premium ce îmbină știința materialelor cu nevoile reale ale utilizatorilor moderni. Alegerea unei folii Duragon înseamnă investiție într-o protecție de înaltă calitate, cu performanță dovedită și impact ecologic redus.

Astfel, foliile de poliuretan auto-regenerabile reprezintă o soluție practică și durabilă, care răspunde nevoilor utilizatorilor moderni ce caută protecție eficientă, ușor de întreținut și cu un impact redus asupra mediului.

Pe măsură ce tehnologiile de auto-vindecare evoluează, se preconizează o extindere semnificativă a aplicabilității acestor materiale inteligente, deschizând noi oportunități în domenii variate precum industria electronică, automotive și multe altele.

📚 Surse

• Jian, Xiaoxia și colab., Self-healing polyurethane materials, Journal of Materials Chemistry A, 2019
• Samsung Display, Self-healing Films: A New Standard in Screen Protection, 2020
• Chen, Y. și colab., Multiphase design of autonomic self-healing thermoplastic elastomers, Nature Chemistry, 2012
• Urban, M. W., Self-Healing Polymers: From Principles to Applications, Wiley-VCH, 2020
• Hepburn, C., Polyurethane Elastomers, Springer, 1992