Да би се решило питање склоности конвенционалних полиуретанских премаза ка оштећењима и недостатку способности самозарастања, истраживачи су развили самозарастајуће полиуретанске премазе који садрже 5 тежинских и 10 тежинских процента средстава за зарастање путем Дилс-Алдеровог (DA) механизма циклоадиције. Резултати показују да уградња средстава за зарастање повећава тврдоћу премаза за 3%–12% и постиже ефикасност зарастања огреботина од 85,6%–93,6% у року од 30 минута на 120 °C, значајно продужавајући век трајања премаза. Ова студија пружа иновативно решење за заштиту површине инжењерских материјала.
У области инжењерских материјала, поправка механичких оштећења у материјалима за премазе дуго је била велики изазов. Иако традиционални полиуретански премази показују одличну отпорност на временске услове и пријањање, њихове заштитне перформансе се брзо погоршавају када се појаве огреботине или пукотине. Инспирисани биолошким механизмима самозалечења, научници су почели да истражују самозалечујуће материјале засноване на динамичким ковалентним везама, при чему Дилс-Алдерова (DA) реакција добија значајну пажњу због својих благих реакционих услова и повољне реверзибилности. Међутим, постојећа истраживања су се првенствено фокусирала на линеарне полиуретанске системе, остављајући празнину у проучавању самозалечених својстава умрежених полиуретанских прашкастих премаза.
Да би превазишли ову техничку баријеру, домаћи истраживачи су иновативно увели два DA средства за зарастање — фуран-малеински анхидрид и фуран-бисмалеимид — у систем хидроксиловане полиестерске смоле, развијајући полиуретански прашкасти премаз са одличним својствима самозарастања. Студија је користила ¹H NMR да би потврдила структуру средстава за зарастање, диференцијалну скенирајућу калориметрију (DSC) да би проверила реверзибилност DA/ретро-DA реакција и технике наноиндентације заједно са површинском профилометријом да би систематски проценила механичка својства и површинске карактеристике премаза.
Што се тиче кључних експерименталних техника, истраживачки тим је прво синтетизовао хидроксилоне садржећа средства за зарастање на бази ДА користећи двостепену методу. Након тога, полиуретански прахови који садрже 5 тежинских и 10 тежинских процента средстава за зарастање припремљени су мешањем у растопу и нанети на челичне подлоге електростатичким прскањем. Упоређивањем са контролним групама без средстава за зарастање, систематски је испитан утицај концентрације средства за зарастање на својства материјала.
1.NMR анализа потврђује структуру лековитог средства
1H NMR спектри су показали да фуран-малеински анхидрид (HA-1) са уметнутим амином показује карактеристичне пикове DA прстена на δ = 3,07 ppm и 5,78 ppm, док је фуран-бисмалеимидни адукт (HA-2) показао типичан сигнал протона DA везе на δ = 4,69 ppm, што потврђује успешну синтезу средстава за зарастање.
2.DSC открива термички реверзибилне карактеристике
DSC криве су показале да узорци који садрже средства за зарастање показују ендотермне пикове за DA реакцију на 75 °C и карактеристичне пикове за ретро-DA реакцију у опсегу од 110–160 °C. Површина пика се повећавала са већим садржајем средства за зарастање, што показује одличну термичку реверзибилност.
3.Тестови наноиндентације показују побољшање тврдоће
Тестови наноиндентације осетљиви на дубину показали су да је додавање 5 тежинских и 10 тежинских процента средстава за зарастање повећало тврдоћу премаза за 3% и 12%, респективно. Вредност тврдоће од 0,227 GPa одржавана је чак и на дубини од 8500 nm, што се приписује умреженој мрежи формираној између средстава за зарастање и полиуретанске матрице.
4.Анализа површинске морфологије
Тестови храпавости површине показали су да чисти полиуретански премази смањују Rz вредност подлоге за 86%, док су премази са средствима за зарастање показали благо повећање храпавости због присуства већих честица. FESEM слике визуелно илуструју промене у текстури површине које настају услед честица средства за зарастање.
5.Пробој у ефикасности зарастања огреботина
Посматрања оптичком микроскопијом показала су да премази који садрже 10 тежинских% средства за зарастање, након термичке обраде на 120 °C током 30 минута, показују смањење ширине огреботине са 141 μm на 9 μm, постижући ефикасност зарастања од 93,6%. Овај учинак је значајно бољи од оног пријављеног у постојећој литератури за линеарне полиуретанске системе.
Објављена у часопису „Next Materials“, ова студија нуди вишеструке иновације: Прво, развијени DA-модификовани полиуретански прашкасти премази комбинују добра механичка својства са способношћу самозалечења, постижући побољшање тврдоће до 12%. Друго, употреба технологије електростатичког прскања обезбеђује равномерну дисперзију средстава за залечење унутар умрежене мреже, превазилазећи нетачност позиционирања типичну за традиционалне технике микрокапсула. Најважније је да ови премази постижу високу ефикасност залечења на релативно ниској температури (120 °C), нудећи већу индустријску применљивост у поређењу са температуром залечења од 145 °C пријављеном у постојећој литератури. Студија не само да пружа нови приступ продужењу века трајања инжењерских премаза, већ и успоставља теоријски оквир за молекуларни дизајн функционалних премаза кроз квантитативну анализу односа „концентрација средства за залечење и перформансе“. Очекује се да ће будућа оптимизација садржаја хидроксила у средствима за залечење и однос уретдионских умрежавајућих средстава додатно померити границе перформанси самозалечених премаза.
Време објаве: 15. септембар 2025.