Enabling Applications of Covalent Adaptable Networks

Abstract

The ability to behave in a fluidlike manner fundamentally separates thermoset and thermoplastic polymers. Bridging this divide, covalent adaptable networks (CANs) structurally resemble thermosets with permanent covalent crosslinks but are able to flow in a manner that resembles thermoplastic behavior only when a dynamic chemical reaction is active. As a consequence, the rheological behavior of CANs becomes intrinsically tied to the dynamic reaction kinetics and the stimuli that are used to trigger those, including temperature, light, and chemical stimuli, providing unprecedented control over viscoelastic properties. CANs represent a highly capable material that serves as a powerful tool to improve mechanical properties and processing in a wide variety of polymer applications, including composites, hydrogels, and shape-memory polymers. This review aims to highlight the enabling material properties of CANs and the applied fields where the CAN concept has been embraced.

Polymer Networks: From Plastics and Gels to Porous Frameworks

“…The reversible nature of this process renders the material thermally remoldable. In addition to this example, dissociative CANs based off a wide range of functional groups including disulfides and isocyanates have been extensively studied …”

“…Many reactions have been used to prepare associative CANs, including transesterification, transalkylation of triazolium salts, olefin metathesis, and dioxaborolane metathesis. In addition, some CANs rely on exchange mechanisms that combine dissociative and associative aspects (reminiscent of iniferter polymerizations that combine reversible activation with degenerative chain transfer, see Section 3.3.4).…”

Polymernetzwerke: Von Kunststoffen und Gelen zu porösen Gerüsten

“…Der reversible Charakter dieses Prozesses führt dazu, dass das Material erneut thermisch formbar ist. Außer diesem Beispiel wurden dissoziative CANs, basierend auf einer breiten Auswahl an funktionellen Gruppen, darunter Disulfide und Isocyanate, umfassend untersucht …”

“…Außer diesem Beispiel wurden dissoziative CANs,b asierend auf einer breiten Auswahl an funktionellen Gruppen, darunter Disulfide [110] und Isocyanate, [164] umfassend untersucht. [159,165] Unter Nutzung von klassischen Substitutionsreaktionen und RDRP-Reaktionen als Analogien agieren dissoziative CANs ähnlich S N 1-Reaktionen oder NMP-Reaktionen, wobei ein Gleichgewicht zwischen einem inaktiven Zustand (z. B. Alkylhalogenid oder Alkoxyamin) und einem reaktiven Zustand (Carbokation oder propagierendes Radikal) vorliegt und Bindungsspaltung und Bindungsbildung als wesentliche Vorgänge in einzelnen, elementaren Schritten erfolgen.…”

“…Zur Herstellung von assoziativen CANs wurden viele Reaktionen genutzt, [159,160,165] darunter Umesterung,T ransalkylierung von Tr iazoliumsalzen, Metathese von Alkenen und Metathese von Dioxaborolanen. Außerdem beruhen einige CANs auf Austauschmechanismen, die dissoziative und assoziative Aspekte vereinen (erinnernd an Polymerisationen mit Iniferter, die die reversible Aktivierung mit der degenerativen Kettenübertragung verknüpfen, siehe Abschnitt 3.3.4).…”