Upang matugunan ang isyu ng mga kumbensyonal na polyurethane coatings na madaling masira at walang kakayahang magpagaling sa sarili, bumuo ang mga mananaliksik ng mga self-healing polyurethane coatings na naglalaman ng 5 wt% at 10 wt% na healing agents sa pamamagitan ng Diels–Alder (DA) cycloaddition mechanism. Ipinapahiwatig ng mga resulta na ang pagsasama ng mga healing agents ay nagpapataas ng katigasan ng coating ng 3%–12% at nakakamit ng scratch healing efficiencies na 85.6%–93.6% sa loob ng 30 minuto sa 120 °C, na makabuluhang nagpapahaba sa buhay ng serbisyo ng mga coatings. Ang pag-aaral na ito ay nagbibigay ng isang makabagong solusyon para sa proteksyon sa ibabaw ng mga materyales sa inhinyeriya.
Sa larangan ng mga materyales sa inhinyeriya, ang pagkukumpuni ng mekanikal na pinsala sa mga materyales sa patong ay matagal nang isang malaking hamon. Bagama't ang mga tradisyonal na polyurethane coating ay nagpapakita ng mahusay na resistensya sa panahon at pagdikit, ang kanilang proteksiyon na pagganap ay mabilis na lumalala kapag nagkaroon ng mga gasgas o bitak. Dahil sa inspirasyon ng mga mekanismo ng biological self-healing, sinimulan ng mga siyentipiko na tuklasin ang mga materyales na self-healing batay sa mga dynamic covalent bond, kung saan ang reaksyon ng Diels-Alder (DA) ay nakakakuha ng malaking atensyon dahil sa banayad na mga kondisyon ng reaksyon at kanais-nais na pagbabaliktad. Gayunpaman, ang umiiral na pananaliksik ay pangunahing nakatuon sa mga linear polyurethane system, na nag-iiwan ng puwang sa pag-aaral ng mga katangian ng self-healing sa mga cross-linked polyurethane powder coatings.
Upang malampasan ang teknikal na hadlang na ito, makabagong ipinakilala ng mga lokal na mananaliksik ang dalawang DA healing agent—furan-maleic anhydride at furan-bismaleimide—sa isang hydroxylated polyester resin system, na bumuo ng polyurethane powder coating na may mahusay na self-healing properties. Ginamit ng pag-aaral ang ¹H NMR upang kumpirmahin ang istruktura ng mga healing agent, differential scanning calorimetry (DSC) upang beripikahin ang reversibility ng mga reaksyon ng DA/retro-DA, at mga pamamaraan ng nanoindentation kasama ang surface profilometry upang sistematikong suriin ang mga mekanikal na katangian at mga katangian sa ibabaw ng mga coating.
Tungkol sa mga pangunahing pamamaraan sa eksperimento, unang sinintesis ng pangkat ng pananaliksik ang mga hydroxyl-containing DA healing agents gamit ang two-step method. Kasunod nito, ang mga polyurethane powder na naglalaman ng 5 wt% at 10 wt% healing agents ay inihanda sa pamamagitan ng melt blending, at inilapat sa mga steel substrates gamit ang electrostatic spraying. Sa pamamagitan ng paghahambing sa mga control group na walang healing agents, sistematikong siniyasat ang impluwensya ng konsentrasyon ng healing agent sa mga katangian ng materyal.
1.Kinukumpirma ng Pagsusuri ng NMR ang Istruktura ng Ahente ng Pagpapagaling
Ipinakita ng 1 H NMR spectra na ang amine-inserted furan-maleic anhydride (HA-1) ay nagpakita ng katangiang DA ring peaks sa δ = 3.07 ppm at 5.78 ppm, habang ang furan-bismaleimide adduct (HA-2) ay nagpakita ng tipikal na DA bond proton signal sa δ = 4.69 ppm, na nagpapatunay sa matagumpay na synthesis ng mga healing agent.
2.Inihayag ng DSC ang mga Katangiang Nababaligtad sa Thermal
Ipinahiwatig ng mga kurba ng DSC na ang mga sample na naglalaman ng mga healing agent ay nagpakita ng mga endothermic peak para sa reaksyon ng DA sa 75 °C at mga katangiang peak para sa reaksyon ng retro-DA sa hanay na 110–160 °C. Tumaas ang peak area kasabay ng mas mataas na nilalaman ng healing agent, na nagpapakita ng mahusay na thermal reversibility.
3.Ang mga Pagsubok sa Nanoindentation ay Nagpapakita ng Pagpapabuti ng Katigasan
Ipinakita ng mga depth-sensitive nanoindentation test na ang pagdaragdag ng 5 wt% at 10 wt% healing agents ay nagpataas ng katigasan ng patong ng 3% at 12%, ayon sa pagkakabanggit. Ang halaga ng katigasan na 0.227 GPa ay napanatili kahit na sa lalim na 8500 nm, na maiuugnay sa cross-linked network na nabuo sa pagitan ng mga healing agents at ng polyurethane matrix.
4.Pagsusuri ng Morpolohiya sa Ibabaw
Ipinakita ng mga pagsusuri sa pagkamagaspang sa ibabaw na ang mga purong polyurethane coatings ay nagbawas sa halaga ng substrate na Rz ng 86%, habang ang mga coating na may mga healing agent ay nagpakita ng bahagyang pagtaas sa pagkamagaspang dahil sa pagkakaroon ng mas malalaking particle. Ang mga imahe ng FESEM ay biswal na nagpakita ng mga pagbabago sa tekstura ng ibabaw na nagreresulta mula sa mga particle ng healing agent.
5.Pagsulong sa Kahusayan sa Pagpapagaling ng mga Kamot
Ipinakita ng mga obserbasyon gamit ang optical microscopy na ang mga patong na naglalaman ng 10 wt% healing agent, pagkatapos ng heat treatment sa 120 °C sa loob ng 30 minuto, ay nagpakita ng pagbawas sa lapad ng gasgas mula 141 μm patungong 9 μm, na nakamit ang healing efficiency na 93.6%. Ang performance na ito ay mas nakahihigit kaysa sa naiulat sa mga umiiral na literatura para sa mga linear polyurethane system.
Inilathala sa Next Materials, ang pag-aaral na ito ay nag-aalok ng maraming inobasyon: Una, ang nabuong DA-modified polyurethane powder coatings ay pinagsasama ang mahusay na mekanikal na katangian na may kakayahang magpagaling sa sarili, na nakakamit ng pagpapabuti ng katigasan na hanggang 12%. Pangalawa, tinitiyak ng paggamit ng electrostatic spraying technology ang pare-parehong pagkalat ng mga healing agent sa loob ng cross-linked network, na nalalampasan ang kamalian sa pagpoposisyon na tipikal ng mga tradisyonal na pamamaraan ng microcapsule. Pinakamahalaga, ang mga coating na ito ay nakakamit ng mataas na kahusayan sa pagpapagaling sa medyo mababang temperatura (120 °C), na nag-aalok ng mas malawak na aplikasyon sa industriya kumpara sa 145 °C na temperatura ng pagpapagaling na iniulat sa mga umiiral na literatura. Ang pag-aaral ay hindi lamang nagbibigay ng isang bagong diskarte sa pagpapahaba ng buhay ng serbisyo ng mga engineering coatings kundi nagtatatag din ng isang teoretikal na balangkas para sa molecular design ng mga functional coatings sa pamamagitan ng quantitative analysis nito ng relasyong "healing agent concentration-performance". Ang pag-optimize sa hinaharap ng hydroxyl content sa mga healing agent at ang ratio ng mga uretdione cross-linker ay inaasahang higit pang magtutulak sa mga limitasyon ng pagganap ng mga self-healing coatings.
Oras ng pag-post: Set-15-2025