Fir de Problem vun konventionelle Polyurethanbeschichtungen ze léisen, déi ufälleg fir Schied sinn a keng Selbstheilungsfäegkeet hunn, hunn d'Fuerscher Selbstheilungs-Polyurethanbeschichtungen entwéckelt, déi 5 Gew.-% an 10 Gew.-% Heelmëttel iwwer den Diels-Alder (DA) Zykloadditiounsmechanismus enthalen. D'Resultater weisen datt d'Integratioun vun Heelmëttel d'Häert vun der Beschichtung ëm 3%–12% erhéicht an eng Kratzheilungseffizienz vun 85,6%–93,6% bannent 30 Minutten bei 120 °C erreecht, wat d'Liewensdauer vun de Beschichtungen däitlech verlängert. Dës Studie bitt eng innovativ Léisung fir den Uewerflächeschutz vun Ingenieursmaterialien.
Am Beräich vun den Ingenieursmaterialien ass d'Reparatur vu mechanesche Schued a Beschichtungsmaterialien zënter laangem eng grouss Erausfuerderung. Obwuel traditionell Polyurethanbeschichtungen eng exzellent Wiederbeständegkeet an Haftung weisen, verschlechtert sech hir Schutzleistung séier, wann Kratzer oder Rëss optrieden. Inspiréiert vu biologesche Selbstheilungsmechanismen hunn d'Wëssenschaftler ugefaang, Selbstheilungsmaterialien op Basis vun dynamesche kovalente Bindungen z'ënnersichen, woubäi d'Diels-Alder (DA)-Reaktioun wéinst hire mëllen Reaktiounsbedingungen a gënschteger Reversibilitéit bedeitend Opmierksamkeet kritt. Déi existent Fuerschung huet sech awer haaptsächlech op linear Polyurethansystemer konzentréiert, wat eng Lück an der Studie vun de Selbstheilungseigenschaften a vernetzte Polyurethan-Pulverbeschichtungen hannerlooss huet.
Fir dës technesch Barrière ze duerchbriechen, hunn national Fuerscher innovativ zwou DA-Heelungsagens - Furan-Maleinsäureanhydrid a Furan-Bismaleimid - an e hydroxyléiert Polyesterharz-System agefouert, wouduerch eng Polyurethan-Pulverbeschichtung mat exzellente Selbstheilungseigenschaften entwéckelt gouf. D'Studie huet ¹H-NMR benotzt fir d'Struktur vun den Heelungsagens ze bestätegen, Differentialscanningkalorimetrie (DSC) fir d'Reversibilitéit vun den DA/Retro-DA-Reaktiounen ze verifizéieren, an Nanoindentatiounstechniken zesumme mat Uewerflächenprofilometrie fir systematesch déi mechanesch Eegeschaften an Uewerflächecharakteristike vun de Beschichtungen ze evaluéieren.
Wat déi wichteg experimentell Techniken ugeet, huet d'Fuerschungsteam fir d'éischt hydroxylhalteg DA-Heelungmëttel mat enger zwee-Schrëtt-Method synthetiséiert. Duerno goufen Polyurethan-Pulver mat 5 Gew.-% an 10 Gew.-% Heelungmëttel duerch Schmelzmëschung hiergestallt an op Stahlsubstrater mat Hëllef vun elektrostateschem Sprëtzen opgedroen. Duerch e Verglach mat Kontrollgruppen ouni Heelungmëttel gouf den Afloss vun der Heelungmëttelkonzentratioun op d'Materialeegeschafte systematesch ënnersicht.
1.NMR-Analyse bestätegt d'Struktur vum Heelmëttel
1H-NMR-Spektre weisen datt den Amin-insertiéierten Furan-Maleinsäureanhydrid (HA-1) charakteristesch DA-Ringpeaken bei δ = 3,07 ppm an 5,78 ppm gewisen huet, während de Furan-Bismaleimid-Addukt (HA-2) e typescht DA-Bindungsprotonsignal bei δ = 4,69 ppm gewisen huet, wat déi erfollegräich Synthese vun den Heelmëttelen confirméiert.
2.DSC weist thermesch reversibel Charakteristiken op
DSC-Kurven hunn ugedeit, datt Proben mat Heelmëttel endotherm Peaks fir d'DA-Reaktioun bei 75 °C an charakteristesch Peaks fir d'Retro-DA-Reaktioun am Beräich vun 110–160 °C gewisen hunn. D'Peaksfläch ass mat méi héijem Heelmëttelgehalt zougeholl, wat eng exzellent thermesch Reversibilitéit weist.
3.Nanoindentatiounstester weisen Verbesserung vun der Härte
Déiftsensitiv Nanoindentatiounstester hunn erginn, datt d'Zousätzlech vun 5 Gew.-% an 10 Gew.-% Heelmëttel d'Beschichtungshäert ëm 3% respektiv 12% erhéicht huet. En Härtewäert vun 0,227 GPa gouf och an enger Déift vun 8500 nm erhale gelooss, wat op dat vernetzt Netzwierk tëscht den Heelmëttel an der Polyurethanmatrix zréckzeféieren ass.
4.Analyse vun der Uewerflächenmorphologie
Uewerflächenrauheetstester hunn gewisen, datt reng Polyurethanbeschichtungen de Rz-Wäert vum Substrat ëm 86% reduzéiert hunn, während Beschichtungen mat Heelmëttel eng liicht Erhéijung vun der Rauheet wéinst der Präsenz vu gréissere Partikelen opgewisen hunn. FESEM-Biller hunn visuell Ännerungen an der Uewerflächentextur illustréiert, déi duerch d'Heelmëttelpartikelen entstane sinn.
5.Duerchbroch an der Effizienz vun der Kratzheilung
Optesch Mikroskopie-Observatioune weisen datt Beschichtungen, déi 10 Gew.-% Heelmëttel enthalen, no enger Hëtzebehandlung bei 120 °C fir 30 Minutten eng Reduktioun vun der Kratzbreet vun 141 μm op 9 μm gewisen hunn, wat eng Heelungseffizienz vun 93,6% erreecht huet. Dës Leeschtung ass däitlech besser wéi déi, déi an der existéierender Literatur fir linear Polyurethansystemer gemellt goufen.
Dës Studie, déi an Next Materials publizéiert gouf, bitt verschidde Innovatiounen: Éischtens kombinéieren déi entwéckelt DA-modifizéiert Polyurethan-Pulverbeschichtunge gutt mechanesch Eegeschafte mat Selbstheilungsfäegkeet, wouduerch eng Häertverbesserung vu bis zu 12% erreecht gëtt. Zweetens garantéiert d'Benotzung vun der elektrostatischer Sprëtztechnologie eng gläichméisseg Verdeelung vun den Heelmëttelen am vernetzte Netzwierk, wouduerch d'Positionéierungsonnauegkeet, déi typesch fir traditionell Mikrokapseltechniken ass, iwwerwonne gëtt. Am wichtegsten ass, datt dës Beschichtunge bei enger relativ niddreger Temperatur (120 °C) eng héich Heelungseffizienz erreechen, wat eng méi grouss industriell Uwendungsfäegkeet am Verglach zu der Heelungstemperatur vun 145 °C bitt, déi an der existéierender Literatur gemellt gëtt. D'Studie bitt net nëmmen en neien Usaz fir d'Liewensdauer vun Ingenieursbeschichtunge ze verlängeren, mä etabléiert och e theoretesche Kader fir den molekulare Design vu funktionelle Beschichtunge duerch hir quantitativ Analyse vun der Bezéiung "Heelmëttelkonzentratioun-Leeschtung". Et gëtt erwaart, datt déi zukünfteg Optimiséierung vum Hydroxylgehalt an den Heelmëttelen an dem Verhältnis vun Uretdion-Vernetzungsmëttel d'Leeschtungsgrenze vu Selbstheilungsbeschichtunge weider iwwerdreiwt.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 15. September 2025