Siekdami išspręsti įprastinių poliuretano dangų, linkusių į pažeidimus ir neturinčių savaiminio atsistatymo galimybių, problemą, tyrėjai sukūrė savaime atsistatančias poliuretano dangas, kurių sudėtyje yra 5 % ir 10 % masės gijimo agentų, naudojant Dielso-Alderio (DA) ciklopridėjimo mechanizmą. Rezultatai rodo, kad įterpus gijimo agentų, dangos kietumas padidėja 3–12 %, o įbrėžimų gijimo efektyvumas per 30 minučių 120 °C temperatūroje pasiekia 85,6–93,6 %, o tai žymiai pailgina dangų tarnavimo laiką. Šis tyrimas pateikia novatorišką inžinerinių medžiagų paviršiaus apsaugos sprendimą.
Inžinerinių medžiagų srityje mechaninių pažeidimų dangų medžiagose taisymas jau seniai yra didelis iššūkis. Nors tradicinės poliuretano dangos pasižymi puikiu atsparumu oro sąlygoms ir sukibimu, jų apsauginės savybės greitai pablogėja atsiradus įbrėžimams ar įtrūkimams. Įkvėpti biologinių savaiminio gijimo mechanizmų, mokslininkai pradėjo tyrinėti savaiminio gijimo medžiagas, pagrįstas dinaminiais kovalentiniais ryšiais, o Dielso-Alderio (DA) reakcija sulaukia didelio dėmesio dėl švelnių reakcijos sąlygų ir palankaus grįžtamumo. Tačiau esami tyrimai daugiausia buvo skirti linijinėms poliuretano sistemoms, todėl trūksta spragų tiriant savaiminio gijimo savybes susietose poliuretano miltelinėse dangose.
Siekdami įveikti šią techninę kliūtį, šalies tyrėjai novatoriškai į hidroksilintos poliesterio dervos sistemą įtraukė du DA gydomuosius agentus – furano-maleino rūgšties anhidridą ir furano-bismaleimidą, taip sukurdami poliuretano miltelinę dangą, pasižyminčią puikiomis savaiminio gijimo savybėmis. Tyrime buvo panaudota ¹H BMR, siekiant patvirtinti gydomųjų agentų struktūrą, diferencinė skenuojanti kalorimetrija (DSC), siekiant patikrinti DA/retro-DA reakcijų grįžtamumą, ir nanoindentacijos metodai kartu su paviršiaus profilometrija, siekiant sistemingai įvertinti dangų mechanines savybes ir paviršiaus charakteristikas.
Kalbant apie pagrindinius eksperimentinius metodus, tyrėjų komanda pirmiausia dviejų pakopų metodu susintetino hidroksilo turinčius DA apsauginius agentus. Vėliau, lydalo maišymo būdu, buvo paruošti poliuretano milteliai, kurių sudėtyje yra 5 % ir 10 % masės apsauginių agentų, ir elektrostatiniu purškimu užtepti ant plieninių pagrindų. Lyginant su kontrolinėmis grupėmis be apsauginių agentų, buvo sistemingai tirta apsauginių agentų koncentracijos įtaka medžiagos savybėms.
1.NMR analizė patvirtina gydomosios medžiagos struktūrą
1H NMR spektrai parodė, kad aminu įterptas furano-maleino rūgšties anhidridas (HA-1) pasižymėjo būdingais DA žiedo pikais ties δ = 3,07 ppm ir 5,78 ppm, o furano-bismaleimido aduktas (HA-2) pasižymėjo tipišku DA jungties protonų signalu ties δ = 4,69 ppm, patvirtindami sėkmingą gydomųjų medžiagų sintezę.
2.DSC atskleidžia termiškai grįžtamas charakteristikas
DSC kreivės parodė, kad mėginiuose, kuriuose buvo gydomųjų medžiagų, DA reakcijai buvo būdingi endoterminiai pikai esant 75 °C temperatūrai, o retro-DA reakcijai – būdingi pikai 110–160 °C temperatūroje. Piko plotas didėjo didėjant gydomųjų medžiagų kiekiui, o tai rodo puikų terminį grįžtamumą.
3.Nanoįspaudimo bandymai rodo kietumo pagerėjimą
Gylio jautrumo nanoįspaudimo bandymai parodė, kad pridėjus 5 % ir 10 % masės apsauginių medžiagų, dangos kietumas padidėjo atitinkamai 3 % ir 12 %. 0,227 GPa kietumo vertė išliko net 8500 nm gylyje, o tai priskiriama tarp apsauginių medžiagų ir poliuretano matricos susidariusiam susiūtam tinklui.
4.Paviršiaus morfologijos analizė
Paviršiaus šiurkštumo bandymai parodė, kad grynos poliuretano dangos sumažino pagrindo Rz vertę 86 %, o dangos su apsauginėmis medžiagomis parodė šiek tiek padidėjusį šiurkštumą dėl didesnių dalelių. FESEM vaizdai vizualiai iliustravo paviršiaus tekstūros pokyčius, atsiradusius dėl apsauginių medžiagų dalelių.
5.Proveržis įbrėžimų gijimo efektyvume
Optinės mikroskopijos stebėjimai parodė, kad dangos, kurių sudėtyje yra 10 % masės gijimo agento, po 30 minučių terminio apdorojimo 120 °C temperatūroje sumažėjo įbrėžimo plotis nuo 141 μm iki 9 μm, o gijimo efektyvumas siekė 93,6 %. Šis rodiklis yra žymiai geresnis nei aprašytas esamoje literatūroje apie linijines poliuretano sistemas.
Šiame žurnale „Next Materials“ paskelbtame tyrime siūloma daug naujovių: pirma, sukurtos DA modifikuotų poliuretano miltelinių dangų geros mechaninės savybės derinamos su savaiminio atsistatymo galimybe, todėl kietumas padidėja iki 12 %. Antra, elektrostatinio purškimo technologijos naudojimas užtikrina tolygų gydomųjų medžiagų pasiskirstymą susietame tinkle, įveikiant tradicinėms mikrokapsulių technikoms būdingą padėties nustatymo netikslumą. Svarbiausia, kad šios dangos pasiekia aukštą gydomųjų medžiagų efektyvumą esant santykinai žemai temperatūrai (120 °C), todėl jas galima geriau pritaikyti pramonėje, palyginti su 145 °C gydomąja temperatūra, aprašyta esamoje literatūroje. Tyrimas ne tik pateikia naują požiūrį į inžinerinių dangų tarnavimo laiko pailginimą, bet ir sukuria teorinį funkcinių dangų molekulinio projektavimo pagrindą, atliekant kiekybinę „gydomųjų medžiagų koncentracijos ir veikimo“ santykio analizę. Tikimasi, kad ateityje optimizavus hidroksilo kiekį gydomosiose medžiagose ir uretdioninių kryžminių jungčių santykį, dar labiau išplės savaime atsistatančių dangų veikimo ribas.
Įrašo laikas: 2025 m. rugsėjo 15 d.