Structure-property relations in aligned supramolecular polyethylene materials

Abstract

Las fibras UHMWPE (polietileno de muy alto peso molecular) son fibras de alto rendimiento con propiedades deseables para aplicaciones de ingeniería. Sin embargo, debido a su elevada red de entrelazamiento, requieren métodos de procesamiento que requieren tiempo y coste adicionales y que utilizan disolventes orgánicos perjudiciales para el medio ambiente. El HDPE (polietileno de alta densidad), por otro lado, es altamente reprocesable pero no tiene las propiedades mecánicas suficientes para cumplir con las aplicaciones industriales, ya que no posee la capacidad de orientarse como lo hace el UHMWPE. La modificación supramolecular del PE se ha desarrollado en el pasado para obtener propiedades termomecánicas adaptables y una procesabilidad mejorada, y la incorporación de aditivos semejantes por el laboratorio anfitrión ha desbloqueado la posibilidad de utilizar polietilenos de mayor peso molecular. En particular, se ha observado una ventana de temperatura donde estos materiales se comportan de una manera similar a la goma, abriendo nuevas posibilidades de procesamiento. Este proyecto pretende aprovechar esta ventana de temperatura para producir fibras de HDPE orientadas que imitan el comportamiento de las fabricadas a partir de UHMWPE, evitando al mismo tiempo los problemas técnicos y ambientales asociados a ellas. Por un lado, el uso de la química supramolecular y el concepto del laboratorio huésped abren una nueva ventana de procesamiento en la que el polímero está totalmente fundido, pero el aditivo todavía puede agregarse. Por lo tanto, la hipótesis es que la presencia de este aditivo influirá en la forma en que el material se oriente, bajo métodos de procesamiento específicos. Por otro lado, el uso de HDPE, así como la formación de enlaces de hidrógeno, asegurará que el material sea fácilmente procesable. En última instancia, el objetivo del proyecto de investigación es investigar un HDPE adecuado para aplicaciones de ingeniería, a través de técnicas de procesamiento específicas que influyen en su orientación.

UHMWPE fibers are high-performance fibers with desirable properties for engineering applications. However, because of their high entanglement network, they require time- and cost-intensive processing methods that use environmentally detrimental organic solvents. HDPE, on the other side, is highly reprocessable but does not have the sufficient mechanical properties to fulfill industrial applications, as it does not possess the ability to orient as UHMWPE does. Supramolecular modification of PE has been developed in the past to obtain tailorable thermomechanical properties and enhanced processability, and the incorporation of matching additives by the host laboratory has unlocked the possibility to use higher molecular weight polyethylenes. In particular, a temperature window has been observed where these materials behave in a rubber-like manner, opening up new processing possibilities. This project aims to take advantage of this temperature window to produce oriented HDPE fibers that mimic the behavior of those made from UHMWPE, whilst avoiding the technical and environmental issues associated to them. On the one hand, the use of supramolecular chemistry and the concept of the host laboratory brings a new processing window in which the polymer is fully molten but the additive may still aggregated. Therefore, the hypothesis is that the presence of this additive will influence the way in which the material orients, under specific processing methods. On the other hand, the use of HDPE, as well as hydrogen-bonding ligands, will ensure that the material is easily processable. Ultimately, the goal of the research project is to investigate a HDPE material that is suitable for engineering applications, through specific processing techniques than influence its orientation.