Պոլիուրեթան. Դիելսի-Ալդերի ռեակցիայի հիման վրա պոլիուրեթանային ինքնաբուժվող ծածկույթների մակերևույթի կարծրության և ինքնաբուժվող հատկությունների հետազոտություն

Ավանդական պոլիուրեթանային ծածկույթների վնասման հակվածության և ինքնաբուժման ունակությունների բացակայության խնդիրը լուծելու համար հետազոտողները մշակել են ինքնաբուժվող պոլիուրեթանային ծածկույթներ, որոնք պարունակում են 5 զանգվածային% և 10 զանգվածային% բուժիչ նյութեր՝ Դիելս-Ալդերի (DA) ցիկլոհավելման մեխանիզմի միջոցով: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ բուժիչ նյութերի ներառումը մեծացնում է ծածկույթի կարծրությունը 3%-12%-ով և հասնում է 85.6%-93.6% քերծվածքների բուժման արդյունավետության 30 րոպեի ընթացքում 120°C ջերմաստիճանում, զգալիորեն երկարացնելով ծածկույթների ծառայության ժամկետը: Այս ուսումնասիրությունը նորարարական լուծում է տրամադրում ինժեներական նյութերի մակերեսային պաշտպանության համար:

Ինժեներական նյութերի ոլորտում ծածկույթային նյութերի մեխանիկական վնասվածքների վերականգնումը վաղուց լուրջ մարտահրավեր է եղել: Չնայած ավանդական պոլիուրեթանային ծածկույթները ցուցաբերում են գերազանց եղանակային դիմադրություն և կպչունություն, դրանց պաշտպանիչ հատկությունները արագորեն վատանում են քերծվածքների կամ ճաքերի առաջացման դեպքում: Կենսաբանական ինքնաբուժման մեխանիզմներից ոգեշնչված՝ գիտնականները սկսել են ուսումնասիրել ինքնաբուժվող նյութեր՝ հիմնված դինամիկ կովալենտ կապերի վրա, որտեղ Դիելս-Ալդերի (DA) ռեակցիան զգալի ուշադրություն է գրավում իր մեղմ ռեակցիայի պայմանների և բարենպաստ շրջելիության շնորհիվ: Այնուամենայնիվ, առկա հետազոտությունները հիմնականում կենտրոնացած են եղել գծային պոլիուրեթանային համակարգերի վրա, ինչը բաց է թողել խաչաձև կապված պոլիուրեթանային փոշե ծածկույթների ինքնաբուժման հատկությունների ուսումնասիրության մեջ:

Այս տեխնիկական արգելքը հաղթահարելու համար տեղական հետազոտողները նորարարական եղանակով երկու DA ​​բուժիչ նյութեր՝ ֆուրան-մալեին անհիդրիդ և ֆուրան-բիսմալեիմիդ, ներմուծել են հիդրօքսիլացված պոլիեսթերային խեժի համակարգի մեջ՝ մշակելով պոլիուրեթանային փոշեպատ ծածկույթ՝ գերազանց ինքնաբուժման հատկություններով: Ուսումնասիրությունը կիրառել է ¹H NMR՝ բուժիչ նյութերի կառուցվածքը հաստատելու համար, դիֆերենցիալ սկանավորող կալորիմետրիա (DSC)՝ DA/ռետրո-DA ռեակցիաների շրջելիությունը ստուգելու համար, և նանոինդենտացիայի տեխնիկա՝ մակերեսային պրոֆիլոմետրիայի հետ մեկտեղ՝ ծածկույթների մեխանիկական հատկությունները և մակերեսային բնութագրերը համակարգված գնահատելու համար:

Հիմնական փորձարարական տեխնիկայի առումով, հետազոտական ​​​​խումբը նախ սինթեզեց հիդրօքսիլ պարունակող DA բուժիչ նյութեր՝ օգտագործելով երկփուլ մեթոդ: Հետագայում, հալույթի խառնման միջոցով պատրաստվեցին 5 զանգվածային% և 10 զանգվածային% բուժիչ նյութեր պարունակող պոլիուրեթանային փոշիներ, որոնք կիրառվեցին պողպատե հիմքերի վրա՝ օգտագործելով էլեկտրաստատիկ ցողում: Համեմատելով բուժիչ նյութեր չունեցող վերահսկիչ խմբերի հետ, համակարգված կերպով ուսումնասիրվեց բուժիչ նյութի կոնցենտրացիայի ազդեցությունը նյութի հատկությունների վրա:

1.NMR վերլուծությունը հաստատում է բուժիչ նյութի կառուցվածքը

1H NMR սպեկտրները ցույց տվեցին, որ ամինային ներմուծված ֆուրան-մալեին անհիդրիդը (HA-1) ցուցաբերել է բնորոշ DA օղակի գագաթներ δ = 3.07 ppm և 5.78 ppm կետերում, մինչդեռ ֆուրան-բիսմալեիմիդ ադդուկտը (HA-2) ցուցաբերել է տիպիկ DA կապի պրոտոնային ազդանշան δ = 4.69 ppm կետերում, հաստատելով բուժիչ նյութերի հաջող սինթեզը։

2.DSC-ն բացահայտում է ջերմային շրջելի բնութագրեր

DSC կորերը ցույց տվեցին, որ բուժիչ նյութեր պարունակող նմուշները DA ռեակցիայի համար ցուցաբերել են էնդոթերմիկ գագաթներ 75°C ջերմաստիճանում և ռետրո-DA ռեակցիայի համար բնորոշ գագաթներ 110–160°C միջակայքում: Գագաթի մակերեսը մեծացել է բուժիչ նյութի ավելի բարձր պարունակության հետ՝ ցույց տալով գերազանց ջերմային շրջելիություն:

3.Նանոինդենտացիայի փորձարկումները ցույց են տալիս կարծրության բարելավում

Խորության նկատմամբ զգայուն նանոինդենտացիայի փորձարկումները ցույց տվեցին, որ 5 զանգվածային% և 10 զանգվածային% վերականգնող նյութերի ավելացումը համապատասխանաբար մեծացրել է ծածկույթի կարծրությունը 3%-ով և 12%-ով: 0.227 ԳՊա կարծրության արժեքը պահպանվել է նույնիսկ 8500 նմ խորության վրա, ինչը պայմանավորված է վերականգնող նյութերի և պոլիուրեթանային մատրիցի միջև ձևավորված խաչաձև կապված ցանցով:

4.Մակերեսային մորֆոլոգիայի վերլուծություն

Մակերեսի կոպտության փորձարկումները ցույց տվեցին, որ մաքուր պոլիուրեթանային ծածկույթները 86%-ով նվազեցրել են հիմքի Rz արժեքը, մինչդեռ ամրացնող նյութերով ծածկույթները ցուցաբերել են կոպտության աննշան աճ՝ ավելի խոշոր մասնիկների առկայության պատճառով: FESEM պատկերները տեսողականորեն պատկերել են մակերևույթի հյուսվածքի փոփոխությունները, որոնք առաջացել են ամրացնող նյութի մասնիկներից:

5.Առաջընթաց քերծվածքների բուժման արդյունավետության մեջ

Օպտիկական մանրադիտակի դիտարկումները ցույց տվեցին, որ 10 զանգվածային% բուժիչ նյութ պարունակող ծածկույթները, 120°C ջերմաստիճանում 30 րոպե ջերմային մշակումից հետո, ցուցաբերել են քերծվածքի լայնության նվազում 141 մկմ-ից մինչև 9 մկմ, հասնելով 93.6% բուժման արդյունավետության: Այս ցուցանիշը զգալիորեն գերազանցում է գծային պոլիուրեթանային համակարգերի համար առկա գրականության մեջ նշված ցուցանիշին:

Հրապարակված «Next Materials» ամսագրում, այս ուսումնասիրությունը առաջարկում է բազմաթիվ նորարարություններ. Նախ, մշակված DA-մոդիֆիկացված պոլիուրեթանային փոշեպատ ծածկույթները համատեղում են լավ մեխանիկական հատկությունները ինքնաբուժման ունակության հետ՝ հասնելով կարծրության մինչև 12% բարելավման: Երկրորդ, էլեկտրաստատիկ ցողման տեխնոլոգիայի կիրառումը ապահովում է բուժիչ նյութերի միատարր ցրումը խաչաձև կապված ցանցի ներսում՝ հաղթահարելով ավանդական միկրոկապսուլային տեխնիկային բնորոշ դիրքորոշման անճշտությունը: Ամենակարևորը, այս ծածկույթները հասնում են բարձր բուժիչ արդյունավետության համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանում (120 °C), ապահովելով ավելի մեծ արդյունաբերական կիրառելիություն՝ համեմատած առկա գրականության մեջ նշված 145 °C բուժիչ ջերմաստիճանի հետ: Ուսումնասիրությունը ոչ միայն ապահովում է ինժեներական ծածկույթների ծառայության ժամկետը երկարացնելու նոր մոտեցում, այլև ստեղծում է ֆունկցիոնալ ծածկույթների մոլեկուլային նախագծման տեսական շրջանակ՝ «բուժիչ նյութի կոնցենտրացիա-արդյունավետություն» հարաբերության քանակական վերլուծության միջոցով: Բուժիչ նյութերում հիդրօքսիլի պարունակության և ուրետդիոնային խաչաձև կապողների հարաբերակցության ապագա օպտիմալացումը, կանխատեսվում է, որ ավելի կբարձրացնի ինքնաբուժվող ծածկույթների արդյունավետության սահմանները: