I MECCANOFORI: DEFINIZIONI E POTENZIALI APPLICAZIONI

Mechanophores are molecules that give positive feedback when subjected to chemical or mechanical stress through a rearrangement of the molecule itself; the response can be mechanocatalytic, mechanoluminescent or mechanochromic. Of importance in research are the latter two because the transformation of the molecule results in a change of color as a function of an applied load; therefore, they can be used as damage detectors within composite systems. They, in order to be used, must be incorporated within deformable materials, and from 1940, when there was the first research on materials capable of decreasing activation energy as a function of deformation, to the present, polymers have been selected for application. The property of polymeric materials to release feedback when subjected to stress makes them, in fact, particularly suitable for this use. Research therefore has focused on the development of mechanophore-polymer systems that are capable of detecting any change at the molecular level and, then, the ability to exploit that change to their advantage. There are three modes of activating a mechanophore: bench activation, activation by mass deformation under distributed loading, and activation by concentrated stresses. In the former case, the focus is on the response of individual mechanophore molecules; in the latter case and the former, however, embedded polymer-mechanophore systems are acted upon, and the technique chosen varies depending on the system. Once activated, the excitation and emission spectrum of the mechanophore is studied through fluorimetry, techniques such as GPC and SMFS are applied to know the mechanical energy required for the activation of the mechanophore, optical imaging, on the other hand, is useful in understanding the type and location of activation in relation to the applied load. However, some variables must be taken into account in order to imagine the application of mechanophores outside the laboratory, such as, for example, temperature, humidity, or UV radiation that could affect the system under investigation. In addition to the environmental impact, it is important to best formulate the starting system, which must consist of the right concentrations of polymer in mechanophores but also the right combination of them, although one of the future goals is the possibility of obtaining a mechanoresponsive molecule regardless of the mechanophore-polymer systems used. In fact, the work done so far on the study of mechanophores and polymers has particularly focused on the formulation and synthesis of molecules in quantities useful for study in the laboratory, but, it is necessary for the study to expand to the industrial level in order to understand the chemistry of complex polymers through the study of the deformation of the polymer itself.

I meccanofori sono molecole che danno un riscontro positivo se sottoposti a sollecitazioni chimiche o meccaniche attraverso un riarrangiamento della molecola stessa; la risposta può essere di tipo meccanocatalitica, meccanoluminescente o meccanocromica. Di rilievo nella ricerca sono questi ultimi due poiché la trasformazione della molecola comporta un cambiamento di colore in funzione di un carico applicato; dunque, essi possono essere utilizzati come rilevatori di danni all’interno di sistemi compositi. Essi, per poter essere utilizzati devono essere incorporati all’interno di materiali deformabili, e dal 1940, anno in cui ci furono le prime ricerche su materiali in grado di diminuire l’energia di attivazione in funzione di una deformazione, ad oggi, sono stati selezionati dei polimeri per l’applicazione. La proprietà dei materiali polimerici di rilasciare un feedback quando sottoposti a sollecitazione li rende, difatti, particolarmente indicati per questo impiego. Le ricerche quindi si sono focalizzate sullo sviluppo di sistemi meccanoforo-polimero che siano in grado di rilevare qualsiasi cambiamento a livello molecolare e, poi, la capacità di sfruttare tale cambiamento a proprio vantaggio. Le modalità di attivazione di un meccanoforo sono tre: attivazione da banco, attivazione mediante deformazione di massa a carico distribuito e attivazione mediante sollecitazioni concentrate. Nel primo caso, l’obiettivo è incentrato sulla risposta delle singole molecole di meccanoforo; nel secondo caso e nell’ultimo, invece, si agisce su sistemi incorporati di polimero-meccanoforo e la tecnica scelta varia a seconda del sistema. Una volta attivato, lo spettro di eccitazione ed emissione del meccanoforo viene studiato attraverso la fluorimetria, tecniche come GPC ed SMFS vengono applicate per conoscere l’energia meccanica necessaria all’attivazione del meccanoforo, l’imaging ottico, invece, è utile nella comprensione del tipo e della posizione della attivazione in relazione al carico applicato. Bisogna, tuttavia, tenere conto di alcune variabili per poter immaginare l’applicazione dei meccanofori al di fuori del laboratorio come, ad esempio, la temperatura, l’umidità o i raggi UV che potrebbero influire sul sistema in esame. Oltre all’impatto ambientale è importante formulare al meglio il sistema di partenza, che deve essere costituito dalle giuste concentrazioni di polimero in meccanoforo ma anche dalla giusta combinazione di essi, nonostante uno degli obiettivi futuri sia la possibilità di ottenere una molecola meccanoresponsiva a prescindere dai sistemi meccanoforo-polimero utilizzati. Difatti, il lavoro svolto finora sullo studio di meccanofori e polimeri si è particolarmente concentrato sulla formulazione e la sintesi delle molecole in quantità utili allo studio in laboratorio, ma, è necessario che lo studio si espanda a livello industriale per poter comprendere la chimica di polimeri complessi attraverso lo studio della deformazione del polimero stesso.