Per risolve u prublema di i rivestimenti di poliuretanu cunvinziunali chì sò propensi à danni è mancanu di capacità d'autoguarigione, i circadori anu sviluppatu rivestimenti di poliuretanu autoguarigenti chì cuntenenu 5% in pesu è 10% in pesu d'agenti guarigenti via u mecanismu di cicloaddizione Diels-Alder (DA). I risultati indicanu chì l'incorporazione d'agenti guarigenti aumenta a durezza di u rivestimentu di 3%-12% è raggiunge efficienze di guarigione di graffi di 85,6%-93,6% in 30 minuti à 120 °C, allungendu significativamente a durata di vita di i rivestimenti. Stu studiu furnisce una suluzione innovativa per a prutezzione di a superficia di i materiali d'ingegneria.
In u campu di i materiali d'ingegneria, a riparazione di i danni meccanichi in i materiali di rivestimentu hè stata dapoi longu una sfida maiò. Ancu s'è i rivestimenti tradiziunali di poliuretanu mostranu una resistenza à l'intemperie è una adesione eccellente, e so prestazioni protettive si deterioranu rapidamente una volta chì si verificanu graffi o crepe. Ispirati da i meccanismi di autoguarigione biologica, i scientifichi anu cuminciatu à esplorà materiali di autoguarigione basati nantu à legami covalenti dinamici, cù a reazione di Diels-Alder (DA) chì hà guadagnatu una attenzione significativa per via di e so cundizioni di reazione moderate è di a reversibilità favurevule. Tuttavia, a ricerca esistente s'hè cuncentrata principalmente nantu à i sistemi di poliuretanu lineari, lascendu una lacuna in u studiu di e proprietà di autoguarigione in i rivestimenti in polvere di poliuretanu reticolati.
Per francà sta barriera tecnica, i circadori naziunali anu introduttu in modu innovativu dui agenti cicatrizzanti DA - anidride furano-maleica è furano-bismaleimide - in un sistema di resina di poliestere idrossilata, sviluppendu un rivestimentu in polvere di poliuretanu cù eccellenti proprietà auto-riparanti. U studiu hà utilizatu a ¹H NMR per cunfirmà a struttura di l'agenti cicatrizzanti, a calorimetria à scansione differenziale (DSC) per verificà a reversibilità di e reazioni DA/retro-DA, è tecniche di nanoindentazione inseme cù a profilometria superficiale per valutà sistematicamente e proprietà meccaniche è e caratteristiche superficiali di i rivestimenti.
In termini di tecniche sperimentali chjave, a squadra di ricerca hà prima sintetizatu agenti curativi DA chì cuntenenu idrossili utilizendu un metudu in dui passi. In seguitu, e polveri di poliuretanu chì cuntenenu 5% in pesu è 10% in pesu di agenti curativi sò state preparate per miscelazione à fusione, è applicate nantu à substrati d'acciaiu utilizendu spruzzatura elettrostatica. Paragunendu cù gruppi di cuntrollu senza agenti curativi, l'influenza di a cuncentrazione di l'agente curativu nantu à e proprietà di u materiale hè stata sistematicamente investigata.
1.L'analisi NMR cunfirma a struttura di l'agente curativu
I spettri 1 H NMR anu dimustratu chì l'anidride furano-maleica inserita in amina (HA-1) hà presentatu picchi di l'anellu DA caratteristici à δ = 3,07 ppm è 5,78 ppm, mentre chì l'adduttu furano-bismaleimide (HA-2) hà mostratu un tipicu segnale di protone di legame DA à δ = 4,69 ppm, cunfirmendu a sintesi riescita di l'agenti curativi.
2.DSC rivela caratteristiche termicamente reversibili
E curve DSC anu indicatu chì i campioni chì cuntenenu agenti curativi anu mostratu picchi endotermichi per a reazione DA à 75 °C è picchi caratteristici per a reazione retro-DA in l'intervallu di 110-160 °C. L'area di u piccu hè aumentata cù un cuntenutu più altu di agente curativu, dimustrendu una eccellente reversibilità termica.
3.I testi di nanoindentazione mostranu un miglioramentu di a durezza
I testi di nanoindentazione sensibili à a prufundità anu rivelatu chì l'aghjunta di 5% in pesu è 10% in pesu d'agenti curativi hà aumentatu a durezza di u rivestimentu di 3% è 12%, rispettivamente. Un valore di durezza di 0,227 GPa hè statu mantinutu ancu à una prufundità di 8500 nm, attribuitu à a rete reticolata furmata trà l'agenti curativi è a matrice di poliuretanu.
4.Analisi di a Morfologia di a Superficie
I testi di rugosità superficiale anu dimustratu chì i rivestimenti di poliuretanu puru anu riduttu u valore Rz di u substratu di 86%, mentre chì i rivestimenti cù agenti curativi anu mostratu un ligeru aumentu di rugosità per via di a presenza di particelle più grande. L'imaghjini FESEM anu illustratu visivamente i cambiamenti in a struttura di a superficia risultanti da e particelle di l'agente curativu.
5.Svolta in l'efficienza di a guarigione da grattamentu
L'osservazioni di microscopia ottica anu dimustratu chì i rivestimenti chì cuntenenu 10% in pesu di agente cicatrizante, dopu à un trattamentu termicu à 120 °C per 30 minuti, anu mostratu una riduzione di a larghezza di i graffi da 141 μm à 9 μm, ottenendu un'efficienza di guarigione di 93,6%. Questa prestazione hè significativamente superiore à quella riportata in a literatura esistente per i sistemi di poliuretanu lineari.
Publicatu in Next Materials, questu studiu offre parechje innovazioni: Prima, i rivestimenti in polvere di poliuretanu mudificatu cù DA sviluppati combinanu bone proprietà meccaniche cù capacità di autoguarigione, ottenendu un miglioramentu di a durezza finu à u 12%. Siconda, l'usu di a tecnulugia di spruzzatura elettrostatica assicura una dispersione uniforme di l'agenti guarigenti in a rete reticolata, superendu l'inesattezza di pusizionamentu tipica di e tecniche tradiziunali di microcapsule. Ancu più impurtante, questi rivestimenti ottenenu una alta efficienza di guarigione à una temperatura relativamente bassa (120 °C), offrendu una maggiore applicabilità industriale paragunata à a temperatura di guarigione di 145 °C riportata in a letteratura esistente. U studiu ùn solu furnisce un novu approcciu per allargà a vita di serviziu di i rivestimenti ingegneristici, ma stabilisce ancu un quadru teoricu per a cuncepzione moleculare di rivestimenti funziunali attraversu a so analisi quantitativa di a relazione "cuncentrazione di l'agente guarigente-prestazioni". Si prevede chì l'ottimizazione futura di u cuntenutu di idrossile in l'agenti guarigenti è u rapportu di i cross-linker uretdione spingeranu ulteriormente i limiti di prestazione di i rivestimenti autoguarigenti.
Data di publicazione: 15 di settembre di u 2025