Kako bi se riješio problem konvencionalnih poliuretanskih premaza koji su skloni oštećenjima i nemaju sposobnost samoobnavljanja, istraživači su razvili samoobnavljajuće poliuretanske premaze koji sadrže 5% i 10% sredstava za zacjeljivanje putem Diels-Alderovog (DA) mehanizma cikloadicije. Rezultati pokazuju da ugradnja sredstava za zacjeljivanje povećava tvrdoću premaza za 3% - 12% i postiže učinkovitost zacjeljivanja ogrebotina od 85,6% - 93,6% unutar 30 minuta na 120 °C, što značajno produžuje vijek trajanja premaza. Ova studija pruža inovativno rješenje za zaštitu površine inženjerskih materijala.
U području inženjerskih materijala, popravak mehaničkih oštećenja u premaznim materijalima dugo je bio veliki izazov. Iako tradicionalni poliuretanski premazi pokazuju izvrsnu otpornost na vremenske uvjete i prianjanje, njihova zaštitna svojstva brzo se pogoršavaju nakon pojave ogrebotina ili pukotina. Inspirirani biološkim mehanizmima samoobnavljanja, znanstvenici su počeli istraživati materijale za samoobnavljanje temeljene na dinamičkim kovalentnim vezama, pri čemu Diels-Alderova (DA) reakcija dobiva značajnu pozornost zbog svojih blagih reakcijskih uvjeta i povoljne reverzibilnosti. Međutim, postojeća istraživanja prvenstveno su se usredotočila na linearne poliuretanske sustave, ostavljajući prazninu u proučavanju svojstava samoobnavljanja u umreženim poliuretanskim premazima u prahu.
Kako bi probili ovu tehničku barijeru, domaći istraživači inovativno su uveli dva DA sredstva za zacjeljivanje - furan-maleinski anhidrid i furan-bismaleimid - u sustav hidroksilirane poliesterske smole, razvijajući poliuretanski premaz u prahu s izvrsnim svojstvima samoobnavljanja. Studija je koristila ¹H NMR za potvrdu strukture sredstava za zacjeljivanje, diferencijalnu skenirajuću kalorimetriju (DSC) za provjeru reverzibilnosti DA/retro-DA reakcija i tehnike nanoindentacije zajedno s površinskom profilometrijom za sustavnu procjenu mehaničkih svojstava i površinskih karakteristika premaza.
Što se tiče ključnih eksperimentalnih tehnika, istraživački tim je prvo sintetizirao hidroksilne tvari za zacjeljivanje na bazi DA koristeći dvostupanjsku metodu. Nakon toga, poliuretanski prahovi koji sadrže 5 tež.% i 10 tež.% tvari za zacjeljivanje pripremljeni su miješanjem taline i naneseni na čelične podloge elektrostatskim raspršivanjem. Usporedbom s kontrolnim skupinama bez tvari za zacjeljivanje, sustavno je istražen utjecaj koncentracije tvari za zacjeljivanje na svojstva materijala.
1.NMR analiza potvrđuje strukturu ljekovitog sredstva
1H NMR spektri pokazali su da aminom umetnuti furan-maleinski anhidrid (HA-1) pokazuje karakteristične vrhove DA prstena pri δ = 3,07 ppm i 5,78 ppm, dok furan-bismaleimidni adukt (HA-2) pokazuje tipičan signal protona DA veze pri δ = 4,69 ppm, što potvrđuje uspješnu sintezu sredstava za zacjeljivanje.
2.DSC otkriva termički reverzibilne karakteristike
DSC krivulje su pokazale da uzorci koji sadrže sredstva za zacjeljivanje pokazuju endotermne vrhove za DA reakciju na 75 °C i karakteristične vrhove za retro-DA reakciju u rasponu od 110–160 °C. Površina vrha povećavala se s većim sadržajem sredstva za zacjeljivanje, što pokazuje izvrsnu toplinsku reverzibilnost.
3.Nanoindentacijski testovi pokazuju poboljšanje tvrdoće
Ispitivanja dubinske nanoindentacije pokazala su da dodatak 5 tež.% i 10 tež.% sredstava za zacjeljivanje povećava tvrdoću premaza za 3%, odnosno 12%. Vrijednost tvrdoće od 0,227 GPa održana je čak i na dubini od 8500 nm, što se pripisuje umreženoj mreži formiranoj između sredstava za zacjeljivanje i poliuretanske matrice.
4.Analiza površinske morfologije
Ispitivanja hrapavosti površine pokazala su da čisti poliuretanski premazi smanjuju Rz vrijednost podloge za 86%, dok premazi sa sredstvima za zacjeljivanje pokazuju blagi porast hrapavosti zbog prisutnosti većih čestica. FESEM slike vizualno ilustriraju promjene u teksturi površine koje nastaju zbog čestica sredstva za zacjeljivanje.
5.Proboj u učinkovitosti zacjeljivanja ogrebotina
Opća mikroskopija pokazala je da premazi koji sadrže 10 težinskih % sredstva za zacjeljivanje, nakon toplinske obrade na 120 °C tijekom 30 minuta, pokazuju smanjenje širine ogrebotina sa 141 μm na 9 μm, postižući učinkovitost zacjeljivanja od 93,6 %. Ova je učinkovitost znatno superiornija od one zabilježene u postojećoj literaturi za linearne poliuretanske sustave.
Objavljena u časopisu Next Materials, ova studija nudi više inovacija: Prvo, razvijeni DA-modificirani poliuretanski praškasti premazi kombiniraju dobra mehanička svojstva sa sposobnošću samoobnavljanja, postižući poboljšanje tvrdoće do 12%. Drugo, korištenje tehnologije elektrostatskog raspršivanja osigurava jednoliku disperziju sredstava za zacjeljivanje unutar umrežene mreže, prevladavajući netočnost pozicioniranja tipičnu za tradicionalne tehnike mikrokapsuliranja. Najvažnije je da ovi premazi postižu visoku učinkovitost zacjeljivanja na relativno niskoj temperaturi (120 °C), nudeći veću industrijsku primjenjivost u usporedbi s temperaturom zacjeljivanja od 145 °C o kojoj se izvještava u postojećoj literaturi. Studija ne samo da pruža novi pristup produljenju vijeka trajanja inženjerskih premaza, već i uspostavlja teorijski okvir za molekularni dizajn funkcionalnih premaza kroz kvantitativnu analizu odnosa „koncentracija sredstva za zacjeljivanje i performansi“. Očekuje se da će buduća optimizacija sadržaja hidroksila u sredstvima za zacjeljivanje i omjer uretdionskih umreživača dodatno pomaknuti granice performansi samoobnavljajućih premaza.
Vrijeme objave: 15. rujna 2025.