분자 혁신으로 플라스틱 내구성 향상

게시자: 직원 | 2023년 8월 30일

플라스틱은 일반적으로 고온 및 저온에 반복적으로 노출되면 팽창 및 수축되어 다양한 응용 분야의 내구성에 영향을 미칩니다. 첨가제는 이 문제를 완화할 수 있지만 대부분의 제품은 서로 다른 재료를 결합하고 열팽창 불일치를 보상하기 위한 필러 관리가 복잡합니다. Sandia National Laboratories의 연구원들은 해결책을 가지고 있을 수 있습니다. 모든 것은 분자 수준에서 시작됩니다.

연구팀은 고분자에 쉽게 통합되어 특성을 변경할 수 있도록 분자를 수정했습니다. 분자가 가열되면 모양의 변화를 통해 팽창하는 대신 수축한다고 재료 과학자인 연구팀 리더인 Erica Redline은 설명했습니다.

“[분자가] 폴리머에 추가되면 해당 폴리머의 수축이 줄어들어 금속과 유사한 팽창 및 수축 값이 발생합니다. 금속처럼 행동하는 분자를 갖는 것은 매우 놀라운 일입니다.”라고 Redline은 말했습니다.

재료 열화의 가장 큰 요인 중 하나는 뜨거운 온도에서 차가운 온도로 반복적으로 노출되는 것입니다. 대부분의 물질은 가열되면 팽창하고 냉각되면 수축하지만 각 물질마다 고유한 변화율이 있습니다. 예를 들어, 폴리머는 가장 많이 팽창하고 수축하는 반면, 금속과 세라믹은 가장 적게 수축합니다.

흔히 그렇듯이, 한 제품에 여러 재료를 사용하면 합병증이 발생합니다.

Redline은 "플라스틱 하우징이 있고 유리 화면에 결합되어 있고 그 내부에는 회로를 구성하는 금속과 세라믹이 있는 전화기를 예로 들어 보겠습니다."라고 말했습니다. "이러한 재료는 모두 나사로 고정되거나, 접착되거나, 어떻게든 서로 접착되어 있으며 서로 다른 속도로 팽창 및 수축하기 시작하여 서로 스트레스를 가하여 시간이 지남에 따라 갈라지거나 뒤틀릴 수 있습니다."

“완벽한 소재를 만들어낸다면 어떨까 하는 생각이 들었습니다. 그것은 어떤 모습일까요?” Redline이 말했습니다.

Redline은 Chad Staiger, Jason Dugger, Eric Nagel, Koushik Ghosh, Jeff Foster, Kenneth Lyons, Alana Yun 및 학술 동맹 협력자 Zachariah Page 교수와 대학원생 Meghan Kiker 팀의 도움으로 자신이 해냈다고 생각합니다.

“이 분자는 현재의 문제를 해결할 뿐만 아니라 미래에 더 많은 혁신을 위한 설계 공간을 크게 열어줍니다.”라고 특히 국방 시스템에서 잠재적인 응용을 모색해 온 Sandia 화학 엔지니어 Dugger는 말했습니다.

본 발명은 또한 3D 프린팅을 위해 다양한 비율로 폴리머의 다양한 부분에 통합될 수 있습니다.

Dugger는 “한 영역에서는 특정 열적 거동을 갖고 다른 영역에서는 다른 열적 거동을 갖는 구조를 인쇄하여 제품의 여러 부분에 있는 재료를 일치시킬 수 있습니다.”라고 말했습니다.

이 분자는 또한 경량화 응용 분야와 접착제 제제에도 잠재력을 가지고 있습니다.

현재 분자는 소량만 생산되고 있습니다. 7~10g을 만드는 데 약 10일이 걸립니다.

팀은 시장에 출시할 제품을 준비하는 데 도움이 되는 Sandia의 기술 성숙 프로그램을 통해 자금 100,000달러를 사용하여 생산 단계를 줄이기 위해 노력하고 있습니다.

“내 역할은 상업적인 수준에서 더 쉽게 만들 수 있는 방법이 있는지 확인하는 것입니다.”라고 Postdoc Eric Nagel이 말했습니다. “밖엔 그런 게 없어요. 나는 이 기술이 무엇을 할 수 있는지, 그리고 이와 연관될 수 있는 응용이 가능한지 정말 기대됩니다.”

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