Каб вырашыць праблему схільнасці традыцыйных поліўрэтанавых пакрыццяў да пашкоджанняў і адсутнасці здольнасці да самааднаўлення, даследчыкі распрацавалі самааднаўляльныя поліўрэтанавыя пакрыцці, якія змяшчаюць 5% і 10% аднаўляльных рэчываў, якія рэгулююцца механізмам цыклапрылучэння Дыльса-Альдэра (DA). Вынікі паказваюць, што ўключэнне аднаўляльных рэчываў павялічвае цвёрдасць пакрыцця на 3%–12% і дасягае эфектыўнасці гаення драпін 85,6%–93,6% на працягу 30 хвілін пры тэмпературы 120 °C, што значна падаўжае тэрмін службы пакрыццяў. Гэта даследаванне прапануе інавацыйнае рашэнне для абароны паверхні інжынерных матэрыялаў.
У галіне інжынерных матэрыялаў рамонт механічных пашкоджанняў пакрыццяў доўгі час быў сур'ёзнай праблемай. Нягледзячы на тое, што традыцыйныя поліўрэтанавыя пакрыцці валодаюць выдатнай устойлівасцю да ўздзеяння надвор'я і адгезіяй, іх ахоўныя характарыстыкі хутка пагаршаюцца пасля з'яўлення драпін або расколін. Натхнёныя біялагічнымі механізмамі самааднаўлення, навукоўцы пачалі даследаваць самааднаўляльныя матэрыялы на аснове дынамічных кавалентных сувязей, прычым рэакцыя Дыльса-Альдэра (DA) прыцягнула значную ўвагу дзякуючы мяккім умовам рэакцыі і спрыяльнай зварачальнасці. Аднак існуючыя даследаванні ў асноўным сканцэнтраваны на лінейных поліўрэтанавых сістэмах, што пакідае прабел у вывучэнні самааднаўляльных уласцівасцей зшытых поліўрэтанавых парашковых пакрыццяў.
Каб пераадолець гэты тэхнічны бар'ер, айчынныя даследчыкі інавацыйна ўвялі два аднаўляльныя агенты на аснове DA — фуран-малеінавы ангідрыд і фуран-бісмалеімід — у сістэму гідраксіляванай поліэфірнай смалы, распрацаваўшы поліўрэтанавае парашковае пакрыццё з выдатнымі самааднаўляльнымі ўласцівасцямі. У даследаванні выкарыстоўваліся ¹H ЯМР для пацверджання структуры аднаўляльных агентаў, дыферэнцыяльная сканіруючая каларыметрыя (ДСК) для праверкі зварачальнасці рэакцый DA/рэтра-DA, а таксама метады нанаўціскання разам з паверхневай профіламетрыяй для сістэматычнай ацэнкі механічных уласцівасцей і характарыстык паверхні пакрыццяў.
Што тычыцца ключавых эксперыментальных метадаў, даследчая група спачатку сінтэзавала гідраксілзмяшчальныя аднаўляльныя агенты на аснове DA з выкарыстаннем двухэтапнага метаду. Пасля гэтага поліўрэтанавыя парашкі, якія змяшчаюць 5% і 10% аднаўляльных агентаў, былі падрыхтаваны шляхам змешвання ў расплаве і нанесены на сталёвыя падкладкі з дапамогай электрастатычнага распылення. Уплыў канцэнтрацыі аднаўляльнага агента на ўласцівасці матэрыялу быў сістэматычна даследаваны шляхам параўнання з кантрольнымі групамі без аднаўляльных агентаў.
1.ЯМР-аналіз пацвярджае структуру гаючага агента
Спектры 1H ЯМР паказалі, што фуран-малеінавы ангідрыд (HA-1) з устаўленым амінам праяўляе характэрныя пікі кольца DA пры δ = 3,07 ppm і 5,78 ppm, у той час як аддукт фуран-бісмалеіміду (HA-2) праяўляе тыповы сігнал пратона сувязі DA пры δ = 4,69 ppm, што пацвярджае паспяховы сінтэз гаючых рэчываў.
2.ДСК выяўляе тэрмічна зварачальныя характарыстыкі
Крывыя ДСК паказалі, што ўзоры, якія змяшчаюць гаючыя агенты, праяўлялі эндатэрмічныя пікі для рэакцыі ДА пры 75 °C і характэрныя пікі для рэтра-рэакцыі ДА ў дыяпазоне 110–160 °C. Плошча піка павялічвалася з больш высокім утрыманнем гаючага агента, што дэманструе выдатную тэрмічную зварачальнасць.
3.Выпрабаванні на нанаўцісканне паказваюць паляпшэнне цвёрдасці
Выпрабаванні на нанаўцісканне з улікам глыбіні паказалі, што даданне 5% і 10% аднаўляльнікаў павялічыла цвёрдасць пакрыцця на 3% і 12% адпаведна. Значэнне цвёрдасці 0,227 ГПа захоўвалася нават на глыбіні 8500 нм, што тлумачыцца сеткай зшытых структур, утворанай паміж аднаўляльнікамі і поліўрэтанавай матрыцай.
4.Аналіз марфалогіі паверхні
Выпрабаванні на шурпатасць паверхні паказалі, што чыстыя поліўрэтанавыя пакрыцці знізілі значэнне Rz падкладкі на 86%, у той час як пакрыцці з рэгенератарамі прадэманстравалі нязначнае павелічэнне шурпатасці з-за наяўнасці больш буйных часціц. Здымкі FESEM візуальна праілюстравалі змены тэкстуры паверхні ў выніку ўздзеяння часціц рэгенератара.
5.Прарыў у эфектыўнасці гаення драпін
Назіранні з дапамогай аптычнай мікраскапіі паказалі, што пакрыцці, якія змяшчаюць 10% рэгенератара па вазе, пасля тэрмічнай апрацоўкі пры тэмпературы 120°C на працягу 30 хвілін прадэманстравалі памяншэнне шырыні драпін са 141 мкм да 9 мкм, што дасягнула эфектыўнасці рэгенерацыі 93,6%. Гэты паказчык значна пераўзыходзіць тыя, што паведамляюцца ў існуючай літаратуры для лінейных поліўрэтанавых сістэм.
Апублікаванае ў часопісе Next Materials, гэта даследаванне прапануе мноства інавацый: па-першае, распрацаваныя DA-мадыфікаваныя поліўрэтанавыя парашковыя пакрыцці спалучаюць добрыя механічныя ўласцівасці са здольнасцю да самааднаўлення, дасягаючы паляпшэння цвёрдасці да 12%. Па-другое, выкарыстанне тэхналогіі электрастатычнага распылення забяспечвае раўнамернае размеркаванне гаючых агентаў унутры зшытай сеткі, пераадольваючы недакладнасць пазіцыянавання, характэрную для традыцыйных тэхналогій мікракапсулявання. Найбольш важна, што гэтыя пакрыцці дасягаюць высокай эфектыўнасці гаення пры адносна нізкай тэмпературы (120 °C), прапаноўваючы большую прамысловую прыдатнасць у параўнанні з тэмпературай гаення 145 °C, пра якую паведамляецца ў існуючай літаратуры. Даследаванне не толькі прапануе новы падыход да падаўжэння тэрміну службы інжынерных пакрыццяў, але і ўстанаўлівае тэарэтычную аснову для малекулярнага дызайну функцыянальных пакрыццяў праз колькасны аналіз залежнасці «канцэнтрацыя гаючага агента — прадукцыйнасць». Чакаецца, што будучая аптымізацыя ўтрымання гідраксільных груп у гаючых агентах і суадносін урэтыдыёнавых зшывальнікаў яшчэ больш пашырыць межы прадукцыйнасці самааднаўляльных пакрыццяў.
Час публікацыі: 15 верасня 2025 г.