За да се реши проблемот со конвенционалните полиуретански премази кои се склони кон оштетување и немаат способности за самолекување, истражувачите развија самолекувачки полиуретански премази кои содржат 5 тежински% и 10 тежински% средства за заздравување преку механизмот на циклоаддиција на Дилс-Алдер (DA). Резултатите покажуваат дека вградувањето на средства за заздравување ја зголемува тврдоста на премазот за 3%–12% и постигнува ефикасност на заздравување од гребнатини од 85,6%–93,6% во рок од 30 минути на 120 °C, значително продолжувајќи го животниот век на премазите. Оваа студија нуди иновативно решение за површинска заштита на инженерските материјали.
Во областа на инженерските материјали, поправката на механичките оштетувања кај материјалите за обложување долго време претставува голем предизвик. Иако традиционалните полиуретански премази покажуваат одлична отпорност на временски услови и адхезија, нивните заштитни перформанси брзо се влошуваат штом се појават гребнатини или пукнатини. Инспирирани од биолошките механизми за самолекување, научниците почнаа да истражуваат материјали за самолекување базирани на динамички ковалентни врски, при што реакцијата на Дилс-Алдер (DA) добива значително внимание поради нејзините благи услови на реакција и поволна реверзибилност. Сепак, постојните истражувања првенствено се фокусираа на линеарни полиуретански системи, оставајќи празнина во проучувањето на својствата за самолекување кај вкрстено поврзаните полиуретански прашкасти премази.
За да ја пробијат оваа техничка бариера, домашните истражувачи иновативно воведоа два агенси за лекување на DA - фуран-малеински анхидрид и фуран-бизмалеимид - во систем од хидроксилирана полиестерска смола, развивајќи полиуретанска прашкаста обвивка со одлични својства за самолекување. Студијата користеше ¹H NMR за да ја потврди структурата на агенсите за лекување, диференцијална скенирачка калориметрија (DSC) за да ја потврди реверзибилноста на реакциите на DA/ретро-DA и техники на наноиндентација заедно со површинска профилометрија за систематска евалуација на механичките својства и површинските карактеристики на облогите.
Во однос на клучните експериментални техники, истражувачкиот тим прво синтетизираше средства за заздравување со DA што содржат хидроксил, користејќи метод во два чекори. Потоа, полиуретански прашоци што содржат 5 тежински% и 10 тежински% средства за заздравување беа подготвени преку мешање со топење и нанесени на челични подлоги со електростатско прскање. Со споредување со контролни групи без средства за заздравување, систематски се испита влијанието на концентрацијата на средствата за заздравување врз својствата на материјалот.
1.NMR анализата ја потврдува структурата на агенсот за лекување
1H NMR спектрите покажаа дека фуран-малеински анхидрид (HA-1) вметнат со амин покажува карактеристични врвови на DA прстенот на δ = 3,07 ppm и 5,78 ppm, додека адуктот на фуран-бизмалеимид (HA-2) покажува типичен протонски сигнал на DA врската на δ = 4,69 ppm, потврдувајќи ја успешната синтеза на лековитите агенси.
2.DSC открива термички реверзибилни карактеристики
DSC кривите покажаа дека примероците што содржат лековити агенси покажаа ендотермни врвови за DA реакцијата на 75 °C и карактеристични врвови за ретро-DA реакцијата во опсег од 110–160 °C. Површината на врвовите се зголеми со поголема содржина на лековит агенс, демонстрирајќи одлична термичка реверзибилност.
3.Тестовите за наноиндентација покажуваат подобрување на тврдоста
Тестовите за наноиндентација чувствителни на длабочина покажаа дека додавањето на 5 тежински% и 10 тежински% средства за заздравување ја зголемило тврдоста на облогата за 3% и 12%, соодветно. Вредност на тврдост од 0,227 GPa била одржана дури и на длабочина од 8500 nm, што се должи на вкрстено поврзаната мрежа формирана помеѓу средствата за заздравување и полиуретанската матрица.
4.Анализа на површинската морфологија
Тестовите за грубост на површината покажаа дека чистите полиуретански премази ја намалуваат вредноста Rz на подлогата за 86%, додека премазите со средства за заздравување покажаа мало зголемување на грубоста поради присуството на поголеми честички. Сликите од FESEM визуелно ги илустрираа промените во текстурата на површината што произлегуваат од честичките од средството за заздравување.
5.Пробив во ефикасноста на лекувањето на гребнатини
Набљудувањата со оптичка микроскопија покажаа дека премазите што содржат 10 теж.% средство за заздравување, по термичка обработка на 120 °C во тек на 30 минути, покажаа намалување на ширината на гребење од 141 μm на 9 μm, постигнувајќи ефикасност на заздравување од 93,6%. Овие перформанси се значително подобри од оние објавени во постојната литература за линеарни полиуретански системи.
Објавена во Next Materials, оваа студија нуди повеќе иновации: Прво, развиените DA-модифицирани полиуретански прашкасти премази комбинираат добри механички својства со способност за самолекување, постигнувајќи подобрување на тврдоста до 12%. Второ, употребата на технологија за електростатско прскање обезбедува рамномерна дисперзија на средствата за лекување во рамките на вкрстено поврзаната мрежа, надминувајќи ја неточноста на позиционирањето типична за традиционалните техники на микрокапсули. Најважно од сè, овие премази постигнуваат висока ефикасност на лекување на релативно ниска температура (120 °C), нудејќи поголема индустриска применливост во споредба со температурата на лекување од 145 °C што е наведена во постојната литература. Студијата не само што обезбедува нов пристап за продолжување на работниот век на инженерските премази, туку и воспоставува теоретска рамка за молекуларен дизајн на функционални премази преку својата квантитативна анализа на односот „концентрација на средство за лекување - перформанси“. Се очекува идната оптимизација на содржината на хидроксил во средствата за лекување и односот на вкрстените поврзувачи на уретион дополнително да ги поместат границите на перформансите на самолекувачките премази.
Време на објавување: 15 септември 2025 година