Zakłada się, że elastomery odegrają znaczącą rolę w rozwoju elastycznych wyświetlaczy, produktów medycznych poprawiających komfort życia osób chorych i niepełnosprawnych, a nawet pokrytych syntetyczną skórą robotów mających wysokie umiejętności percepcyjne, kognitywne i emocjonalne.
W literaturze naukowej pojawiają się doniesienia o badaniach nad otrzymaniem przezroczystych i wytrzymałych elastomerów akrylowych sieciowanych w sposób niekonwencjonalny za pomocą polirotaksanu (związku syntezowanego z glikolu polietylenowego i alfa-cyklodekstryny) modyfikowanego dodatkowo grupami winylowymi. Tego typu materiały są wykorzystywane w pracach związanych z bioniką i robotyką miękką, ale mogą znaleźć zastosowanie w wielu innych dziedzinach.
Na przestrzeni lat, co jakiś czas, pojawiają się doniesienia o samoleczących się polimerach. Każdy niefrasobliwy użytkownik smartfona ucieszyłby się, gdyby stłuczona szybka telefonu samoczynnie naprawiała się jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki, prawda?
Do tego typu związków należy szereg elastomerów poliuretanowych, w których mechanizm samonaprawy oparty jest na odwracalnych wiązaniach kowalencyjnych, koordynacyjnych, bądź też oddziaływaniach jonowych. Drugą grupę stanowią elastomery oparte na polidimetylosiloksanie. Oczywiście, ze zrozumiałych względów wiele tego typu prac poświęcono modyfikacjom kauczuków służących do wyrobu opon.
Optymistyczne prognozy wskazywały, że tego typu rozwiązania powinny być komercyjnie dostępne już od 2020 r. Nadal niestety pozostają one w sferze opracowań koncepcyjnych. Główną przeszkodą jest dostarczanie dodatkowej energii wymaganej do procesu gojenia w środowisku pracy wyrobu oraz zmniejszająca się w kolejnych cyklach wydajność tej reakcji. Brakuje również ustandaryzowanej metodologii pomiarów związanych z procesem samoleczenia, co utrudnia rzetelne porównania.
W ostatnich latach poświęcono szereg badań magnetycznym materiałom funkcjonalnym. Znajdują one zastosowanie w magnetycznych tłumikach reologicznych, czujnikach, materiałach lotniczych i kosmicznych oraz w robotyce biomimetycznej (naśladującej naturę). Rozwojowi tej dziedziny badań sprzyja technologia druku 3D, która umożliwia szybkie wytwarzanie funkcjonalnie magnetycznych produktów o złożonych kształtach geometrycznych z różnych materiałów i w różnych skalach. Tradycyjne techniki formowania wyrobów gumowych mają w tym przypadku ograniczone zastosowanie.
Początkowo badania skupiały się na bardziej miękkich materiałach elastomerowych jak kauczuki silikonowe i blokowe kopolimery SEBS (styren-etylen/butylen-styren). Obecnie uwaga zwrócona jest na matryce elastomerowe o wyższym module sprężystości, jak kauczuk naturalny i poliuretany (zwłaszcza poliuretany termoplastyczne TPU).
W ostatnich dziesięcioleciach uwagę badaczy na całym świecie przyciągnęły także polimery i elastomery przewodzące, ze względu na możliwość wykorzystania ich zaawansowanych właściwości w bateriach, robotyce i czujnikach. Przeprowadzono znaczną liczbę badań nad czujnikami odkształcenia, ciśnienia i ścinania na bazie elastomerów jonowych. Wykorzystuje się tutaj kopolimery o złożonych chemicznie strukturach, których nie będę tutaj dokładnie przytaczać. Dość powiedzieć, że są to kopolimery blokowe styrenu, tyrenosulfonianu, etylenu i propylenu, kopolimery poli(kwasu akrylowego) z poli(akrylonitrylem), czy polifluorku winylidenu z heksafluoropropylenem.
Oczekuje się, że rynek elastomerów specjalistycznych odnotuje znaczny wzrost w nadchodzących latach. Wpływ na to będzie miało rosnące zapotrzebowanie na nowe, zrównoważone i przyjazne dla środowiska materiały (jak również na materiały o zwiększonej wytrzymałości i trwałości), które wymusi dalszy postęp technologiczny w procesach wytwarzania elastomerów. Kto wie, może doczekamy się nawet kauczuków otrzymywanych z CO2?
Wzrastać będzie popyt na biokompatybilne elastomery do zastosowań medycznych. Wyzwanie stanowić będą wahania cen surowców i rosnące ceny energii wpływające na koszty produkcji, coraz bardziej rygorystyczne regulacje prawne i konkurencja ze strony producentów tworzyw termoplastycznych.
Autor: dr. Karol Niciński
