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 tež.% i 10 tež.% sredstava za zacjeljivanje putem Diels-Alderovog (DA) mehanizma cikloadicije. Rezultati pokazuju da ugradnja sredstava za zacjeljivanje povećava tvrdoću premaza za 3%–12% i postiže efikasnost zacjeljivanja ogrebotina od 85,6%–93,6% u roku od 30 minuta na 120 °C, što značajno produžava vijek trajanja premaza. Ova studija pruža inovativno rješenje za zaštitu površine inženjerskih materijala.
U oblasti inženjerskih materijala, popravka mehaničkih oštećenja u premaznim materijalima dugo je predstavljala veliki izazov. Iako tradicionalni poliuretanski premazi pokazuju odličnu otpornost na vremenske uslove i prianjanje, njihove zaštitne performanse se brzo pogoršavaju nakon pojave ogrebotina ili pukotina. Inspirisani biološkim mehanizmima samoobnavljanja, naučnici su počeli istraživati samoobnavljajuće materijale zasnovane na dinamičkim kovalentnim vezama, pri čemu Diels-Alderova (DA) reakcija dobija značajnu pažnju zbog svojih blagih reakcijskih uslova i povoljne reverzibilnosti. Međutim, postojeća istraživanja su se prvenstveno fokusirala na linearne poliuretanske sisteme, ostavljajući prazninu u proučavanju svojstava samoobnavljanja kod umreženih poliuretanskih praškastih premaza.
Kako bi probili ovu tehničku barijeru, domaći istraživači su inovativno uveli dva DA sredstva za zacjeljivanje - furan-maleinski anhidrid i furan-bismaleimid - u sistem hidroksilirane poliesterske smole, razvijajući poliuretanski praškasti premaz 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 sistematsku procjenu mehaničkih svojstava i površinskih karakteristika premaza.
Što se tiče ključnih eksperimentalnih tehnika, istraživački tim je prvo sintetizirao DA sredstva za zacjeljivanje koja sadrže hidroksil koristeći dvostepenu metodu. Nakon toga, poliuretanski prahovi koji sadrže 5 tež.% i 10 tež.% sredstava za zacjeljivanje pripremljeni su miješanjem rastopom i naneseni na čelične podloge elektrostatičkim raspršivanjem. U poređenju sa kontrolnim grupama bez sredstava za zacjeljivanje, sistematski je istražen uticaj koncentracije sredstva za zacjeljivanje na svojstva materijala.
1.NMR analiza potvrđuje strukturu ljekovitog sredstva
1H NMR spektri su pokazali da aminom umetnuti furan-maleinski anhidrid (HA-1) pokazuje karakteristične vrhove DA prstena na δ = 3,07 ppm i 5,78 ppm, dok furan-bismaleimidni adukt (HA-2) pokazuje tipičan signal protona DA veze na 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 se povećavala s većim sadržajem sredstva za zacjeljivanje, što pokazuje odličnu termičku reverzibilnost.
3.Nanoindentacijski testovi pokazuju poboljšanje tvrdoće
Testovi nanoindentacije osjetljivi na dubinu pokazali su da je dodatak 5 tež.% i 10 tež.% sredstava za zacjeljivanje povećao 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 blago povećanje hrapavosti zbog prisustva većih čestica. FESEM slike vizualno ilustruju promjene u teksturi površine koje nastaju usljed djelovanja čestica sredstva za zacjeljivanje.
5.Proboj u efikasnosti zacjeljivanja ogrebotina
Optička mikroskopska posmatranja su pokazala da premazi koji sadrže 10 težinskih % sredstva za zacjeljivanje, nakon termičke obrade na 120 °C tokom 30 minuta, pokazuju smanjenje širine ogrebotina sa 141 μm na 9 μm, postižući efikasnost zacjeljivanja od 93,6%. Ova performansa je značajno superiornija u odnosu na onu prijavljenu u postojećoj literaturi za linearne poliuretanske sisteme.
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, upotreba tehnologije elektrostatičkog prskanja osigurava ujednačenu disperziju sredstava za zacjeljivanje unutar umrežene mreže, prevazilazeći nepreciznost pozicioniranja tipičnu za tradicionalne tehnike mikrokapsuliranja. Najvažnije je da ovi premazi postižu visoku efikasnost zacjeljivanja na relativno niskoj temperaturi (120 °C), nudeći veću industrijsku primjenjivost u poređenju sa temperaturom zacjeljivanja od 145 °C o kojoj se izvještava u postojećoj literaturi. Studija ne samo da pruža novi pristup produženju vijeka trajanja inženjerskih premaza, već i uspostavlja teorijski okvir za molekularni dizajn funkcionalnih premaza kroz kvantitativnu analizu odnosa „koncentracija sredstva za zacjeljivanje i performanse“. Očekuje se da će buduća optimizacija sadržaja hidroksilnih grupa u sredstvima za zacjeljivanje i omjer uretdionskih umreživača dodatno pomaknuti granice performansi samoobnavljajućih premaza.
Vrijeme objave: 15. septembar 2025.