Дәстүрлі полиуретанды жабындардың зақымдануға бейім және өзін-өзі қалпына келтіру қабілетінің болмауы мәселесін шешу үшін зерттеушілер Diels-Alder (DA) циклоқосылу механизмі арқылы 5 салмақтық% және 10 салмақтық% қалпына келтіруші агенттері бар өзін-өзі қалпына келтіретін полиуретанды жабындарды жасап шығарды. Нәтижелер қалпына келтіруші агенттерді қосу жабынның қаттылығын 3%-12%-ға арттыратынын және 120 °C температурада 30 минут ішінде 85,6%-93,6% сызаттарды қалпына келтіру тиімділігіне жететінін, бұл жабындардың қызмет ету мерзімін айтарлықтай ұзартатынын көрсетеді. Бұл зерттеу инженерлік материалдардың бетін қорғауға арналған инновациялық шешім ұсынады.
Инженерлік материалдар саласында жабын материалдарындағы механикалық зақымдануды қалпына келтіру ұзақ уақыт бойы үлкен қиындық тудырып келді. Дәстүрлі полиуретанды жабындар ауа райына тамаша төзімділік пен адгезияны көрсеткенімен, сызаттар немесе жарықтар пайда болғаннан кейін олардың қорғаныс қасиеттері тез нашарлайды. Биологиялық өзін-өзі қалпына келтіру механизмдерінен шабыттанған ғалымдар динамикалық коваленттік байланыстарға негізделген өзін-өзі қалпына келтіретін материалдарды зерттей бастады, Дильс-Альдер (DA) реакциясы жұмсақ реакция жағдайлары мен қолайлы қайтымдылығына байланысты үлкен назар аударды. Дегенмен, бар зерттеулер негізінен сызықтық полиуретанды жүйелерге бағытталған, бұл көлденең байланысқан полиуретанды ұнтақ жабындарының өзін-өзі қалпына келтіретін қасиеттерін зерттеуде олқылық қалдырды.
Осы техникалық кедергіні жеңу үшін отандық зерттеушілер гидроксилденген полиэфир шайыр жүйесіне екі DA емдік агентін – фуран-малеин ангидриді және фуран-бисмалеимидті инновациялық түрде енгізіп, өзін-өзі қалпына келтіретін қасиеттері бар полиуретанды ұнтақ жабынын жасады. Зерттеуде емдік агенттердің құрылымын растау үшін ¹H ЯМР, DA/ретро-DA реакцияларының қайтымдылығын тексеру үшін дифференциалды сканерлеу калориметриясы (DSC) және жабындардың механикалық қасиеттері мен беттік сипаттамаларын жүйелі түрде бағалау үшін беттік профилометриямен бірге наноиндентация әдістері қолданылды.
Негізгі тәжірибелік әдістер тұрғысынан зерттеу тобы алдымен гидроксил құрамды DA емдік агенттерін екі сатылы әдісті қолдана отырып синтездеді. Кейіннен 5 салмақтық% және 10 салмақтық% емдік агенттері бар полиуретан ұнтақтары балқыту арқылы дайындалып, электростатикалық бүрку арқылы болат негіздерге жағылды. Емдік агенттері жоқ бақылау топтарымен салыстыру арқылы емдік агент концентрациясының материал қасиеттеріне әсері жүйелі түрде зерттелді.
1.ЯМР талдауы емдік агент құрылымын растайды
1 H ЯМР спектрлері амин енгізілген фуран-малеин ангидриді (HA-1) δ = 3,07 ppm және 5,78 ppm кезінде DA сақинасының шыңдарын көрсететінін, ал фуран-бисмалеимид аддукті (HA-2) δ = 4,69 ppm кезінде DA байланысының протон сигналын көрсететінін көрсетті, бұл емдік агенттердің сәтті синтезін растайды.
2.DSC термиялық қайтымды сипаттамаларын ашады
DSC қисықтары емдік агенттері бар үлгілерде DA реакциясы үшін эндотермиялық шыңдар 75 °C температурада және ретро-DA реакциясы үшін тән шыңдар 110-160 °C диапазонында болғанын көрсетті. Емдік агенттердің мөлшері жоғарылаған сайын шың ауданы артты, бұл тамаша термиялық қайтымдылықты көрсетті.
3.Наноиндентация сынақтары қаттылықтың жақсарғанын көрсетеді
Тереңдікке сезімтал наноиндентациялық сынақтар 5 салмақтық% және 10 салмақтық% емдеуші агенттерді қосу жабынның қаттылығын сәйкесінше 3% және 12%-ға арттыратынын көрсетті. Емдеуші агенттер мен полиуретан матрицасы арасында пайда болған көлденең байланысқан желіге байланысты 8500 нм тереңдікте де 0,227 ГПа қаттылық мәні сақталды.
4.Беттік морфологияны талдау
Беттік кедір-бұдырлық сынақтары таза полиуретанды жабындар субстраттың Rz мәнін 86%-ға төмендеткенін, ал емдік агенттері бар жабындар үлкен бөлшектердің болуына байланысты кедір-бұдырлықтың аздап артқанын көрсетті. FESEM кескіндері емдік агент бөлшектерінен туындайтын беттік құрылымдағы өзгерістерді көрнекі түрде көрсетті.
5.Тырнақтарды емдеу тиімділігіндегі серпіліс
Оптикалық микроскопиялық бақылаулар 120 °C температурада 30 минут бойы термиялық өңдеуден кейін 10 салмақтық% емдік агенті бар жабындардың сызат енінің 141 мкм-ден 9 мкм-ге дейін азайғанын, бұл 93,6% емдік тиімділігіне қол жеткізгенін көрсетті. Бұл өнімділік сызықтық полиуретанды жүйелерге арналған қолданыстағы әдебиеттерде көрсетілгеннен айтарлықтай жоғары.
Next Materials журналында жарияланған бұл зерттеу бірнеше инновацияларды ұсынады: Біріншіден, әзірленген DA-модификацияланған полиуретанды ұнтақ жабындары жақсы механикалық қасиеттерді өздігінен жазылу мүмкіндігімен біріктіреді, қаттылықты 12%-ға дейін жақсартады. Екіншіден, электростатикалық бүрку технологиясын қолдану айқас байланысқан желіде жазылу агенттерінің біркелкі таралуын қамтамасыз етеді, дәстүрлі микрокапсула әдістеріне тән орналасу дәлсіздігін жояды. Ең бастысы, бұл жабындар салыстырмалы түрде төмен температурада (120 °C) жоғары жазылу тиімділігіне қол жеткізеді, бұл қолданыстағы әдебиеттерде көрсетілген 145 °C жазылу температурасымен салыстырғанда өнеркәсіптік қолданылуын арттырады. Зерттеу инженерлік жабындардың қызмет ету мерзімін ұзартудың жаңа тәсілін ғана емес, сонымен қатар «жазу агентінің концентрациясы-өнімділігі» қатынасын сандық талдау арқылы функционалды жабындардың молекулалық дизайны үшін теориялық негізді белгілейді. Жазу агенттеріндегі гидроксил мөлшері мен уретдион айқас байланыстарының арақатынасын болашақта оңтайландыру өздігінен жазылу жабындарының өнімділік шегін одан әрі арттырады деп күтілуде.
Жарияланған уақыты: 15 қыркүйек 2025 ж.