Polimery samoregenerujące to nowa klasa materiałów inteligentnych, które mają zdolność do samodzielnego naprawiania własnych uszkodzeń bez zewnętrznej interwencji człowieka.
Autonomiczne samonaprawiające się polimery przechodzą trójetapowy proces bardzo podobny do reakcji biologicznej ( Rys. 1 ). W przypadku uszkodzenia (1) pierwszą reakcją jest wyzwolenie lub zadziałanie fazy ruchomej (2), które następuje niemal natychmiast po wystąpieniu uszkodzenia. Drugą odpowiedzią jest transport materiałów do dotkniętego obszaru (3), co również następuje bardzo szybko. Trzecią odpowiedzią jest proces naprawy chemicznej (4) i unieruchomienie fazy ruchomej po "wyleczeniu" [1].

Proces regeneracji polimeru można prowadzić:

• przy pomocy procesów fizycznych, np. wzajemna dyfuzja łańcuchów polimerowych, efekty pamięci kształtu, wprowadzenie aktywnych nanocząstek w matrycę polimerową;
• za pomocą procesów chemicznych ułatwiających samoleczenie tj. wprowadzenie reaktywnych końców łańcucha polimerowego;
• połączenia procesów fizycznych i chemicznych.

Samonaprawiające się materiały polimerowe można podzielić na dwie grupy w oparciu o podejście do mechanizmu samonaprawiania: mechanizm wewnętrzny i mechanizm zewnętrzny [1], [2]. Materiały oparte na mechanizmie zewnętrznym to takie, w których proces leczenia zależy od czynników zewnętrznych np. środka naprawczego rozdyspergowanego w kapsułkach ( Rys. 2 ) lub układzie naczyń. Po uszkodzeniu środek jest uwalniany i uszczelnia on uszkodzenie nie wchodząc w reakcję z polimerem macierzystym. System zewnętrzny stosowany jest w duroplastach, głównie w żywicach epoksydowych. Materiały oparte na mechanizmie wewnętrznym wykorzystują wiązania, które odnawiają się po rozerwaniu np. polimeryzacja, odwracalne sieciowanie, czy wiązania wodorowe. Ten mechanizm jest wykorzystywany w elastomerach, silikonach, poliuretanach i szeroko pojętych gumach [1], [2], [3].

Przykład 1: Samoregenerująca się powłoka poliuretanowa

Przykład powłoki poliuretanowej, która regeneruje się po uszkodzeniu nożem.

Źródło: Isotherm AG AsiaPacific, Self-healing Polyurethane surface (coating) effect even at room temperature, 10.11.2014 (dostęp 14.12.2020). Dostępne w YouTube: https://youtu.be/Hj9w6gwRIpQ.

Przykład 2: Samoregeneracja oparta na wiązaniach wodorowych

Film przedstawia nowy rodzaj półprzezroczystego polimeru o nazwie TUEG3 (poli (tiomocznik) i glikol etylenowy), który zachowuje zarówno sztywność, jak i właściwości lecznicze, bez konieczności ogrzewania zewnętrznego. Wystarczy trochę siły. Proces gojenia opiera się na wiązaniach wodorowych. Wiązania wodorowe tworzą się w taki sposób, że polimer nie krystalizuje, co daje łańcuchom polimeru możliwość swobodnego poruszania się i łatwego łączenia przy ściskaniu kawałków materiału.

Źródło: Science Magazine, This new material heals – not cracks – under pressure, 14.12.2017 (dostęp 14.12.2020). Dostępne w YouTube: https://youtu.be/VJCX0xgQFBE.

Zastosowanie samoregenerujących się polimerów:

• jako materiał barierowy zapobiegający dyfuzji w cieczach lub gazach;
• powłoki ochronne zapobiegające korozji;
• farby i lakiery w przemyśle samochodowym, czy przedmiotach codziennego użytku, które są narażona na zarysowania i zadrapania.