Bagi menangani isu salutan poliuretana konvensional yang mudah rosak dan kekurangan keupayaan penyembuhan sendiri, para penyelidik telah membangunkan salutan poliuretana penyembuhan sendiri yang mengandungi agen penyembuhan 5 wt% dan 10 wt% melalui mekanisme sikloadisi Diels–Alder (DA). Keputusan menunjukkan bahawa penggabungan agen penyembuhan meningkatkan kekerasan salutan sebanyak 3%–12% dan mencapai kecekapan penyembuhan calar sebanyak 85.6%–93.6% dalam masa 30 minit pada suhu 120 °C, sekali gus memanjangkan hayat perkhidmatan salutan dengan ketara. Kajian ini menyediakan penyelesaian inovatif untuk perlindungan permukaan bahan kejuruteraan.
Dalam bidang bahan kejuruteraan, pembaikan kerosakan mekanikal dalam bahan salutan telah lama menjadi cabaran utama. Walaupun salutan poliuretana tradisional mempamerkan rintangan cuaca dan lekatan yang sangat baik, prestasi perlindungannya merosot dengan cepat sebaik sahaja calar atau retakan berlaku. Diinspirasikan oleh mekanisme penyembuhan diri biologi, saintis telah mula meneroka bahan penyembuhan diri berdasarkan ikatan kovalen dinamik, dengan tindak balas Diels-Alder (DA) mendapat perhatian yang ketara disebabkan oleh keadaan tindak balasnya yang ringan dan kebolehbalikan yang menggalakkan. Walau bagaimanapun, penyelidikan sedia ada tertumpu terutamanya pada sistem poliuretana linear, meninggalkan jurang dalam kajian sifat penyembuhan diri dalam salutan serbuk poliuretana berangkai silang.
Untuk menembusi halangan teknikal ini, para penyelidik domestik secara inovatif memperkenalkan dua agen penyembuh DA—furan-maleik anhidrida dan furan-bismaleimida—ke dalam sistem resin poliester hidroksilasi, membangunkan salutan serbuk poliuretana dengan sifat penyembuhan diri yang sangat baik. Kajian ini menggunakan ¹H NMR untuk mengesahkan struktur agen penyembuh, kalorimetri pengimbasan pembezaan (DSC) untuk mengesahkan kebolehbalikan tindak balas DA/retro-DA, dan teknik nanoindentasi bersama profilometri permukaan untuk menilai sifat mekanikal dan ciri permukaan salutan secara sistematik.
Dari segi teknik eksperimen utama, pasukan penyelidikan pertama kali mensintesis agen penyembuh DA yang mengandungi hidroksil menggunakan kaedah dua langkah. Seterusnya, serbuk poliuretana yang mengandungi agen penyembuh 5 wt% dan 10 wt% telah disediakan melalui pengadunan leburan, dan disapu pada substrat keluli menggunakan penyemburan elektrostatik. Dengan membandingkan dengan kumpulan kawalan tanpa agen penyembuh, pengaruh kepekatan agen penyembuh terhadap sifat bahan telah dikaji secara sistematik.
1.Analisis NMR Mengesahkan Struktur Ejen Penyembuhan
Spektrum 1 H NMR menunjukkan bahawa furan-maleik anhidrida (HA-1) yang dimasukkan amina mempamerkan puncak cincin DA yang tipikal pada δ = 3.07 ppm dan 5.78 ppm, manakala aditif furan-bismaleimida (HA-2) memaparkan isyarat proton ikatan DA yang tipikal pada δ = 4.69 ppm, mengesahkan kejayaan sintesis agen penyembuhan.
2.DSC Mendedahkan Ciri-ciri Boleh Diterbalikkan Secara Terma
Lengkung DSC menunjukkan bahawa sampel yang mengandungi agen penyembuh mempamerkan puncak endotermik untuk tindak balas DA pada 75 °C dan puncak ciri untuk tindak balas retro-DA dalam julat 110–160 °C. Kawasan puncak meningkat dengan kandungan agen penyembuh yang lebih tinggi, menunjukkan kebolehbalikan terma yang sangat baik.
3.Ujian Nanoindentasi Menunjukkan Peningkatan Kekerasan
Ujian nanoindentasi sensitif kedalaman mendedahkan bahawa penambahan agen penyembuh 5 wt% dan 10 wt% masing-masing meningkatkan kekerasan salutan sebanyak 3% dan 12%. Nilai kekerasan 0.227 GPa dikekalkan walaupun pada kedalaman 8500 nm, disebabkan oleh rangkaian silang silang yang terbentuk antara agen penyembuh dan matriks poliuretana.
4.Analisis Morfologi Permukaan
Ujian kekasaran permukaan menunjukkan bahawa salutan poliuretana tulen mengurangkan nilai Rz substrat sebanyak 86%, manakala salutan dengan agen penyembuh menunjukkan sedikit peningkatan kekasaran disebabkan oleh kehadiran zarah yang lebih besar. Imej FESEM secara visual menggambarkan perubahan tekstur permukaan yang terhasil daripada zarah agen penyembuh.
5.Terobosan dalam Kecekapan Penyembuhan Goresan
Pemerhatian mikroskopi optik menunjukkan bahawa salutan yang mengandungi agen penyembuh 10 wt%, selepas rawatan haba pada 120 °C selama 30 minit, menunjukkan pengurangan lebar calar daripada 141 μm kepada 9 μm, mencapai kecekapan penyembuhan sebanyak 93.6%. Prestasi ini jauh lebih baik daripada yang dilaporkan dalam literatur sedia ada untuk sistem poliuretana linear.
Diterbitkan dalam Next Materials, kajian ini menawarkan pelbagai inovasi: Pertama, salutan serbuk poliuretana yang diubah suai DA yang dibangunkan menggabungkan sifat mekanikal yang baik dengan keupayaan penyembuhan diri, mencapai peningkatan kekerasan sehingga 12%. Kedua, penggunaan teknologi penyemburan elektrostatik memastikan penyebaran agen penyembuhan yang seragam dalam rangkaian silang silang, mengatasi ketidaktepatan kedudukan yang tipikal bagi teknik mikrokapsul tradisional. Paling penting, salutan ini mencapai kecekapan penyembuhan yang tinggi pada suhu yang agak rendah (120 °C), menawarkan kebolehgunaan perindustrian yang lebih besar berbanding suhu penyembuhan 145 °C yang dilaporkan dalam literatur sedia ada. Kajian ini bukan sahaja menyediakan pendekatan baharu untuk memanjangkan hayat perkhidmatan salutan kejuruteraan tetapi juga mewujudkan rangka kerja teori untuk reka bentuk molekul salutan berfungsi melalui analisis kuantitatifnya tentang hubungan "kepekatan-prestasi agen penyembuhan". Pengoptimuman masa depan kandungan hidroksil dalam agen penyembuhan dan nisbah penghubung silang uretdione dijangka akan terus meningkatkan had prestasi salutan penyembuhan diri.
Masa siaran: 15-Sep-2025