Til að bregðast við því vandamáli að hefðbundnar pólýúretanhúðanir eru viðkvæmar fyrir skemmdum og skortir sjálfgræðandi eiginleika, þróuðu vísindamenn sjálfgræðandi pólýúretanhúðanir sem innihalda 5% og 10% þyngdarprósent af græðandi efnum með Diels-Alder (DA) hringviðbótarferlinu. Niðurstöðurnar benda til þess að innlimun græðandi efna eykur hörku húðarinnar um 3%–12% og nái rispugræðingarnýtni upp á 85,6%–93,6% innan 30 mínútna við 120°C, sem lengir endingartíma húðanna verulega. Þessi rannsókn veitir nýstárlega lausn fyrir yfirborðsvernd verkfræðiefna.
Á sviði verkfræðiefna hefur viðgerð á vélrænum skemmdum í húðunarefnum lengi verið mikil áskorun. Þó að hefðbundnar pólýúretanhúðanir sýni framúrskarandi veðurþol og viðloðun, versnar verndareiginleiki þeirra hratt þegar rispur eða sprungur myndast. Innblásnir af líffræðilegum sjálfgræðingarferlum hafa vísindamenn hafið könnun á sjálfgræðandi efni sem byggjast á kraftmiklum samgildum tengjum, þar sem Diels-Alder (DA) viðbrögðin hafa vakið mikla athygli vegna vægra viðbragðsskilyrða og hagstæðrar afturkræfni. Hins vegar hafa núverandi rannsóknir aðallega beinst að línulegum pólýúretan kerfum, sem skilur eftir skarð í rannsóknum á sjálfgræðandi eiginleikum í þverbundnum pólýúretan dufthúðunum.
Til að brjóta þessa tæknilegu hindrun kynntu innlendir vísindamenn á nýstárlegan hátt tvö DA-græðandi efni — fúran-malínsýruanhýdríð og fúran-bismaleímíð — í hýdroxýlerað pólýesterplastefniskerfi og þróuðu þannig pólýúretan dufthúð með framúrskarandi sjálfgræðandi eiginleika. Í rannsókninni var notaður ¹H NMR til að staðfesta uppbyggingu græðandi efnanna, mismunadreifingarskönnunarhitamæling (DSC) til að staðfesta afturkræfni DA/retro-DA viðbragða og nanóinndráttartækni ásamt yfirborðssniðmælingu til að meta kerfisbundið vélræna eiginleika og yfirborðseiginleika húðunarinnar.
Hvað varðar lykil tilraunatækni, þá framleiddi rannsóknarteymið fyrst hýdroxýl-innihaldandi DA græðandi efni með tveggja þrepa aðferð. Í kjölfarið voru pólýúretanduft sem innihélt 5 þyngdar% og 10 þyngdar% græðandi efni útbúið með bræðslublöndun og borið á stálundirlag með rafstöðuvæðingu. Með því að bera saman við samanburðarhópa án græðandi efna var áhrif græðandi efnaþéttni á efniseiginleika kerfisbundið rannsökuð.
1.NMR greining staðfestir uppbyggingu græðandi efnisins
1H NMR litróf sýndi að amín-innsett fúran-malínsýruanhýdríð (HA-1) sýndi einkennandi DA hringtopp við δ = 3,07 ppm og 5,78 ppm, en fúran-bismaleímíð tengiefnið (HA-2) sýndi dæmigert DA tengis prótónamerki við δ = 4,69 ppm, sem staðfestir vel heppnaða myndun græðandi efnanna.
2.DSC sýnir hitauppstreymiseiginleika
DSC-kúrfar bentu til þess að sýni sem innihéldu græðandi efni sýndu hitauppstreymda tinda fyrir DA-viðbrögðin við 75°C og einkennandi tinda fyrir aftur-DA-viðbrögðin á bilinu 110–160°C. Flatarmál tindanna jókst með hærra innihaldi græðandi efna, sem sýnir framúrskarandi afturkræfa hitauppstreymi.
3.Nanóinndráttarprófanir sýna fram á hörkubót
Dýptarnæmar nanóinndráttarprófanir sýndu að viðbót 5% og 10% af þyngdarprósentu græðandi efna jók hörku húðarinnar um 3% og 12%, talið í sömu röð. Hörkugildi upp á 0,227 GPa hélst jafnvel á 8500 nm dýpi, sem rekja má til þverbundins nets sem myndast milli græðandi efna og pólýúretan grunnefnisins.
4.Yfirborðsformfræðileg greining
Prófanir á yfirborðsgrófleika sýndu að hrein pólýúretanhúðun lækkaði Rz-gildi undirlagsins um 86%, en húðun með græðandi efnum sýndi lítillega aukningu á grófleika vegna nærveru stærri agna. FESEM myndir sýndu sjónrænt breytingar á yfirborðsáferð vegna agna græðandi efnisins.
5.Bylting í skilvirkni viðgerða á grunni
Athuganir með ljósfræðilegri smásjá sýndu að húðun sem innihélt 10% af græðingarefni jókst með því að meðhöndla hana við 120°C í 30 mínútur og minnkaði rispubreidd úr 141 μm í 9 μm, sem leiddi til 93,6% græðingarhagkvæmni. Þessi árangur er marktækt betri en greint hefur verið frá í núverandi ritrýndum greinum fyrir línuleg pólýúretankerfi.
Þessi rannsókn, sem birt var í Next Materials, býður upp á margar nýjungar: Í fyrsta lagi sameina DA-breyttu pólýúretan dufthúðunin, sem þróaðar voru, góða vélræna eiginleika og sjálfgræðandi getu, sem nær allt að 12% hörkubót. Í öðru lagi tryggir notkun rafstöðuúðunartækni jafna dreifingu græðandi efna innan þverbundins nets, sem vinnur bug á ónákvæmni í staðsetningu sem er dæmigerð fyrir hefðbundnar örhylkjaaðferðir. Mikilvægast er að þessar húðanir ná mikilli græðingargetu við tiltölulega lágt hitastig (120°C), sem býður upp á meiri iðnaðarnotkun samanborið við 145°C græðingarhitastig sem greint er frá í núverandi bókmenntum. Rannsóknin býður ekki aðeins upp á nýja nálgun til að lengja endingartíma verkfræðihúðana heldur setur einnig fram fræðilegan ramma fyrir sameindahönnun virkra húðana með megindlegri greiningu á sambandi „styrks og afkasta græðandi efna“. Gert er ráð fyrir að framtíðarhagræðing á hýdroxýlinnihaldi í græðandi efnum og hlutfalli úretdíón þverbinda muni ýta enn frekar á afkastamörk sjálfgræðandi húðana.
Birtingartími: 15. september 2025