పాలియురేథేన్: డీల్స్-ఆల్డర్ చర్య ఆధారంగా పాలియురేథేన్ స్వీయ-స్వస్థత పూతల యొక్క ఉపరితల కాఠిన్యం మరియు స్వీయ-స్వస్థత లక్షణాలపై పరిశోధన

సాంప్రదాయ పాలియురేథేన్ పూతలు సులభంగా దెబ్బతినడం మరియు వాటికి స్వయంగా మరమ్మత్తు చేసుకునే సామర్థ్యాలు లేకపోవడం వంటి సమస్యలను పరిష్కరించడానికి, పరిశోధకులు డీల్స్-ఆల్డర్ (DA) సైక్లోఅడిషన్ విధానం ద్వారా 5 wt% మరియు 10 wt% మరమ్మత్తు కారకాలను కలిగిన స్వయంగా మరమ్మత్తు చేసుకునే పాలియురేథేన్ పూతలను అభివృద్ధి చేశారు. ఈ ఫలితాల ప్రకారం, మరమ్మత్తు కారకాలను చేర్చడం వల్ల పూత యొక్క గట్టిదనం 3%–12% వరకు పెరుగుతుంది మరియు 120 °C వద్ద 30 నిమిషాలలోపు 85.6%–93.6% గీతల మరమ్మత్తు సామర్థ్యాలను సాధిస్తుంది, తద్వారా పూతల సేవా జీవితం గణనీయంగా పొడిగించబడుతుంది. ఈ అధ్యయనం ఇంజనీరింగ్ పదార్థాల ఉపరితల రక్షణ కోసం ఒక వినూత్న పరిష్కారాన్ని అందిస్తుంది.

ఇంజనీరింగ్ పదార్థాల రంగంలో, పూత పదార్థాలలో యాంత్రిక నష్టాన్ని మరమ్మత్తు చేయడం చాలా కాలంగా ఒక ప్రధాన సవాలుగా ఉంది. సాంప్రదాయ పాలియురేథేన్ పూతలు అద్భుతమైన వాతావరణ నిరోధకతను మరియు అంటుకునే గుణాన్ని ప్రదర్శించినప్పటికీ, గీతలు లేదా పగుళ్లు ఏర్పడిన వెంటనే వాటి రక్షణ పనితీరు వేగంగా క్షీణిస్తుంది. జీవసంబంధమైన స్వీయ-స్వస్థత యంత్రాంగాల నుండి ప్రేరణ పొంది, శాస్త్రవేత్తలు డైనమిక్ సమయోజనీయ బంధాల ఆధారంగా స్వీయ-స్వస్థత పదార్థాలను అన్వేషించడం ప్రారంభించారు. డైల్స్-ఆల్డర్ (DA) చర్య దాని తేలికపాటి చర్య పరిస్థితులు మరియు అనుకూలమైన తిరోగమన స్వభావం కారణంగా గణనీయమైన దృష్టిని ఆకర్షిస్తోంది. అయితే, ప్రస్తుత పరిశోధన ప్రధానంగా సరళ పాలియురేథేన్ వ్యవస్థలపైనే దృష్టి సారించింది, దీనివల్ల క్రాస్-లింక్డ్ పాలియురేథేన్ పౌడర్ పూతలలో స్వీయ-స్వస్థత లక్షణాల అధ్యయనంలో ఒక అంతరం ఏర్పడింది.

ఈ సాంకేతిక అవరోధాన్ని అధిగమించడానికి, దేశీయ పరిశోధకులు వినూత్నంగా రెండు DA హీలింగ్ ఏజెంట్లైన ఫ్యూరాన్-మేలిక్ యాన్‌హైడ్రైడ్ మరియు ఫ్యూరాన్-బిస్మేలిమైడ్‌లను హైడ్రాక్సిలేటెడ్ పాలిస్టర్ రెసిన్ వ్యవస్థలోకి ప్రవేశపెట్టి, అద్భుతమైన స్వీయ-స్వస్థత లక్షణాలతో కూడిన పాలియురేథేన్ పౌడర్ కోటింగ్‌ను అభివృద్ధి చేశారు. ఈ అధ్యయనంలో, హీలింగ్ ఏజెంట్ల నిర్మాణాన్ని నిర్ధారించడానికి ¹H NMR, DA/రెట్రో-DA చర్యల పునరావృతత్వాన్ని ధృవీకరించడానికి డిఫరెన్షియల్ స్కానింగ్ కెలోరిమెట్రీ (DSC), మరియు కోటింగ్‌ల యాంత్రిక లక్షణాలు మరియు ఉపరితల లక్షణాలను క్రమపద్ధతిలో మూల్యాంకనం చేయడానికి సర్ఫేస్ ప్రొఫైలోమెట్రీతో పాటు నానోఇండెంటేషన్ పద్ధతులను ఉపయోగించారు.

ప్రధాన ప్రయోగాత్మక పద్ధతుల పరంగా, పరిశోధన బృందం మొదట రెండు-దశల పద్ధతిని ఉపయోగించి హైడ్రాక్సిల్-కలిగిన DA హీలింగ్ ఏజెంట్లను సంశ్లేషణ చేసింది. తదనంతరం, 5 wt% మరియు 10 wt% హీలింగ్ ఏజెంట్లను కలిగిన పాలియురేథేన్ పౌడర్లను మెల్ట్ బ్లెండింగ్ ద్వారా తయారు చేసి, ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ స్ప్రేయింగ్ ఉపయోగించి స్టీల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై పూత పూశారు. హీలింగ్ ఏజెంట్లు లేని కంట్రోల్ గ్రూపులతో పోల్చడం ద్వారా, పదార్థ లక్షణాలపై హీలింగ్ ఏజెంట్ గాఢత యొక్క ప్రభావాన్ని క్రమపద్ధతిలో పరిశోధించారు.

1.NMR విశ్లేషణ హీలింగ్ ఏజెంట్ నిర్మాణాన్ని నిర్ధారిస్తుంది

1 H NMR స్పెక్ట్రా ప్రకారం, అమైన్ చొప్పించబడిన ఫ్యూరాన్-మేలిక్ యాన్‌హైడ్రైడ్ (HA-1) δ = 3.07 ppm మరియు 5.78 ppm వద్ద లక్షణమైన DA రింగ్ శిఖరాలను ప్రదర్శించగా, ఫ్యూరాన్-బిస్మేలిమైడ్ అడక్ట్ (HA-2) δ = 4.69 ppm వద్ద ఒక సాధారణ DA బంధ ప్రోటాన్ సిగ్నల్‌ను ప్రదర్శించింది, ఇది హీలింగ్ ఏజెంట్ల విజయవంతమైన సంశ్లేషణను ధృవీకరించింది.

2.DSC ఉష్ణపరంగా తిరోగమన లక్షణాలను వెల్లడిస్తుంది

DSC వక్రాలు సూచించిన దాని ప్రకారం, హీలింగ్ ఏజెంట్లను కలిగిన నమూనాలు 75 °C వద్ద DA చర్యకు ఎండోథర్మిక్ శిఖరాలను మరియు 110–160 °C పరిధిలో రెట్రో-DA చర్యకు లక్షణ శిఖరాలను ప్రదర్శించాయి. హీలింగ్ ఏజెంట్ పరిమాణం పెరిగేకొద్దీ శిఖర వైశాల్యం పెరిగింది, ఇది అద్భుతమైన ఉష్ణ తిరోగమనాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది.

3.నానోఇండెంటేషన్ పరీక్షలు కాఠిన్యంలో మెరుగుదలను చూపిస్తున్నాయి

లోతు-సున్నితమైన నానోఇండెంటేషన్ పరీక్షలలో, 5 wt% మరియు 10 wt% హీలింగ్ ఏజెంట్లను కలపడం వల్ల పూత యొక్క గట్టిదనం వరుసగా 3% మరియు 12% పెరిగినట్లు వెల్లడైంది. హీలింగ్ ఏజెంట్లు మరియు పాలియురేథేన్ మాతృక మధ్య ఏర్పడిన క్రాస్-లింక్డ్ నెట్‌వర్క్ కారణంగా, 8500 nm లోతులో కూడా 0.227 GPa గట్టిదనపు విలువ కొనసాగింది.

4.ఉపరితల స్వరూప విశ్లేషణ

ఉపరితల గరుకుదన పరీక్షలలో, స్వచ్ఛమైన పాలియురేథేన్ పూతలు సబ్‌స్ట్రేట్ Rz విలువను 86% తగ్గించాయని తేలింది. అయితే, హీలింగ్ ఏజెంట్లతో కూడిన పూతలలో పెద్ద కణాలు ఉండటం వల్ల గరుకుదనం కొద్దిగా పెరిగింది. హీలింగ్ ఏజెంట్ కణాల ఫలితంగా ఉపరితల ఆకృతిలో వచ్చిన మార్పులను FESEM చిత్రాలు దృశ్యమానంగా వివరించాయి.

5.గీతలు నయం చేసే సామర్థ్యంలో పురోగతి

ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోపీ పరిశీలనల ప్రకారం, 10 wt% హీలింగ్ ఏజెంట్‌ను కలిగిన పూతలను 120 °C వద్ద 30 నిమిషాల పాటు ఉష్ణోపచారానికి గురిచేసిన తర్వాత, గీత వెడల్పు 141 μm నుండి 9 μm కు తగ్గింది, తద్వారా 93.6% హీలింగ్ సామర్థ్యం సాధించబడింది. ఈ పనితీరు, లీనియర్ పాలియురేథేన్ వ్యవస్థల కోసం ఇప్పటికే ఉన్న సాహిత్యంలో నివేదించబడిన దానికంటే గణనీయంగా ఉన్నతమైనది.

నెక్స్ట్ మెటీరియల్స్‌లో ప్రచురితమైన ఈ అధ్యయనం అనేక ఆవిష్కరణలను అందిస్తుంది: మొదటిది, అభివృద్ధి చేయబడిన DA-మాడిఫైడ్ పాలియురేథేన్ పౌడర్ కోటింగ్‌లు మంచి యాంత్రిక లక్షణాలను స్వీయ-స్వస్థత సామర్థ్యంతో మిళితం చేసి, కాఠిన్యంలో 12% వరకు మెరుగుదలను సాధించాయి. రెండవది, ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ స్ప్రేయింగ్ టెక్నాలజీ వాడకం, క్రాస్-లింక్డ్ నెట్‌వర్క్‌లో స్వస్థత కారకాల ఏకరీతి వ్యాప్తిని నిర్ధారిస్తుంది, తద్వారా సాంప్రదాయ మైక్రోక్యాప్సూల్ పద్ధతులలో సాధారణంగా ఉండే స్థాన దోషాన్ని అధిగమిస్తుంది. అన్నింటికన్నా ముఖ్యంగా, ఈ కోటింగ్‌లు సాపేక్షంగా తక్కువ ఉష్ణోగ్రత (120 °C) వద్ద అధిక స్వస్థత సామర్థ్యాన్ని సాధిస్తాయి, ఇది ఇప్పటికే ఉన్న సాహిత్యంలో నివేదించబడిన 145 °C స్వస్థత ఉష్ణోగ్రతతో పోలిస్తే అధిక పారిశ్రామిక అనువర్తనీయతను అందిస్తుంది. ఈ అధ్యయనం ఇంజనీరింగ్ కోటింగ్‌ల సేవా జీవితాన్ని పొడిగించడానికి ఒక కొత్త విధానాన్ని అందించడమే కాకుండా, "స్వస్థత కారకం గాఢత–పనితీరు" సంబంధం యొక్క పరిమాణాత్మక విశ్లేషణ ద్వారా ఫంక్షనల్ కోటింగ్‌ల మాలిక్యులర్ డిజైన్ కోసం ఒక సైద్ధాంతిక చట్రాన్ని కూడా ఏర్పాటు చేస్తుంది. భవిష్యత్తులో స్వస్థత కారకాలలోని హైడ్రాక్సిల్ కంటెంట్ మరియు యురెట్‌డయోన్ క్రాస్-లింకర్ల నిష్పత్తిని ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా స్వీయ-స్వస్థత కోటింగ్‌ల పనితీరు పరిమితులను మరింతగా పెంచవచ్చని భావిస్తున్నారు.