પોલીયુરેથીન: ડાયલ્સ-એલ્ડર પ્રતિક્રિયા પર આધારિત પોલીયુરેથીન સ્વ-હીલિંગ કોટિંગ્સની સપાટીની કઠિનતા અને સ્વ-હીલિંગ ગુણધર્મો પર સંશોધન

પરંપરાગત પોલીયુરેથીન કોટિંગ્સ નુકસાન થવાની સંભાવના ધરાવતા અને સ્વ-ઉપચાર ક્ષમતાઓના અભાવના મુદ્દાને ઉકેલવા માટે, સંશોધકોએ ડાયલ્સ-એલ્ડર (DA) સાયક્લોએડિશન મિકેનિઝમ દ્વારા 5 wt% અને 10 wt% હીલિંગ એજન્ટો ધરાવતા સ્વ-ઉપચાર પોલીયુરેથીન કોટિંગ્સ વિકસાવ્યા. પરિણામો દર્શાવે છે કે હીલિંગ એજન્ટોનો સમાવેશ કોટિંગની કઠિનતામાં 3%–12% વધારો કરે છે અને 120 °C પર 30 મિનિટની અંદર 85.6%–93.6% ની સ્ક્રેચ હીલિંગ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે છે, જે કોટિંગની સેવા જીવનને નોંધપાત્ર રીતે લંબાવશે. આ અભ્યાસ એન્જિનિયરિંગ સામગ્રીના સપાટી રક્ષણ માટે એક નવીન ઉકેલ પૂરો પાડે છે.

એન્જિનિયરિંગ મટિરિયલ્સના ક્ષેત્રમાં, કોટિંગ મટિરિયલ્સમાં યાંત્રિક નુકસાનનું સમારકામ લાંબા સમયથી એક મોટો પડકાર રહ્યો છે. પરંપરાગત પોલીયુરેથીન કોટિંગ્સ ઉત્તમ હવામાન પ્રતિકાર અને સંલગ્નતા દર્શાવે છે, તેમ છતાં સ્ક્રેચ અથવા તિરાડો આવે ત્યારે તેમનું રક્ષણાત્મક પ્રદર્શન ઝડપથી બગડે છે. જૈવિક સ્વ-ઉપચાર પદ્ધતિઓથી પ્રેરિત થઈને, વૈજ્ઞાનિકોએ ગતિશીલ સહસંયોજક બંધનો પર આધારિત સ્વ-ઉપચાર સામગ્રીની શોધ શરૂ કરી છે, જેમાં ડાયલ્સ-એલ્ડર (DA) પ્રતિક્રિયા તેની હળવી પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓ અને અનુકૂળ ઉલટાવી શકાય તેવા કારણે નોંધપાત્ર ધ્યાન મેળવી રહી છે. જો કે, હાલના સંશોધન મુખ્યત્વે રેખીય પોલીયુરેથીન સિસ્ટમ્સ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, જે ક્રોસ-લિંક્ડ પોલીયુરેથીન પાવડર કોટિંગ્સમાં સ્વ-ઉપચાર ગુણધર્મોના અભ્યાસમાં અંતર છોડી દે છે.

આ ટેકનિકલ અવરોધને તોડવા માટે, સ્થાનિક સંશોધકોએ નવીન રીતે બે DA હીલિંગ એજન્ટો - ફ્યુરાન-મેલિક એનહાઇડ્રાઇડ અને ફ્યુરાન-બિસ્મેલાઇમાઇડ - ને હાઇડ્રોક્સિલેટેડ પોલિએસ્ટર રેઝિન સિસ્ટમમાં રજૂ કર્યા, જેમાં ઉત્તમ સ્વ-હીલિંગ ગુણધર્મો સાથે પોલીયુરેથીન પાવડર કોટિંગ વિકસાવ્યું. અભ્યાસમાં હીલિંગ એજન્ટોની રચનાની પુષ્ટિ કરવા માટે ¹H NMR, DA/રેટ્રો-DA પ્રતિક્રિયાઓની ઉલટાવી શકાય તેવું ચકાસવા માટે ડિફરન્શિયલ સ્કેનીંગ કેલરીમેટ્રી (DSC), અને કોટિંગ્સના યાંત્રિક ગુણધર્મો અને સપાટીની લાક્ષણિકતાઓનું વ્યવસ્થિત મૂલ્યાંકન કરવા માટે સપાટી પ્રોફાઇલોમેટ્રી સાથે નેનોઇન્ડેન્ટેશન તકનીકોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો.

મુખ્ય પ્રાયોગિક તકનીકોના સંદર્ભમાં, સંશોધન ટીમે સૌપ્રથમ બે-પગલાની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોક્સિલ-ધરાવતા DA હીલિંગ એજન્ટોનું સંશ્લેષણ કર્યું. ત્યારબાદ, 5 wt% અને 10 wt% હીલિંગ એજન્ટ ધરાવતા પોલીયુરેથીન પાવડરને મેલ્ટ બ્લેન્ડિંગ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવ્યા, અને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક સ્પ્રેઇંગનો ઉપયોગ કરીને સ્ટીલ સબસ્ટ્રેટ પર લાગુ કરવામાં આવ્યા. હીલિંગ એજન્ટો વિના નિયંત્રણ જૂથો સાથે સરખામણી કરીને, સામગ્રી ગુણધર્મો પર હીલિંગ એજન્ટ સાંદ્રતાના પ્રભાવની વ્યવસ્થિત રીતે તપાસ કરવામાં આવી.

1.NMR વિશ્લેષણ હીલિંગ એજન્ટ માળખાની પુષ્ટિ કરે છે

1 H NMR સ્પેક્ટ્રા દર્શાવે છે કે એમાઇન-ઇન્સર્ટેડ ફ્યુરાન-મેલિક એનહાઇડ્રાઇડ (HA-1) એ δ = 3.07 ppm અને 5.78 ppm પર લાક્ષણિક DA રિંગ પીક દર્શાવ્યું હતું, જ્યારે ફ્યુરાન-બિસ્મેલેમાઇડ એડક્ટ (HA-2) એ δ = 4.69 ppm પર લાક્ષણિક DA બોન્ડ પ્રોટોન સિગ્નલ દર્શાવ્યું હતું, જે હીલિંગ એજન્ટોના સફળ સંશ્લેષણની પુષ્ટિ કરે છે.

2.DSC થર્મલી રિવર્સિબલ લાક્ષણિકતાઓ જાહેર કરે છે

DSC વળાંકો દર્શાવે છે કે હીલિંગ એજન્ટો ધરાવતા નમૂનાઓમાં 75 °C પર DA પ્રતિક્રિયા માટે એન્ડોથર્મિક શિખરો અને 110-160 °C ની રેન્જમાં રેટ્રો-DA પ્રતિક્રિયા માટે લાક્ષણિક શિખરો દર્શાવવામાં આવ્યા હતા. ઉચ્ચ હીલિંગ એજન્ટ સામગ્રી સાથે ટોચનો વિસ્તાર વધ્યો, જે ઉત્તમ થર્મલ રિવર્સિબિલિટી દર્શાવે છે.

3.નેનોઇન્ડેન્ટેશન પરીક્ષણો કઠિનતામાં સુધારો દર્શાવે છે

ઊંડાઈ-સંવેદનશીલ નેનોઇન્ડેન્ટેશન પરીક્ષણો દર્શાવે છે કે 5 wt% અને 10 wt% હીલિંગ એજન્ટોના ઉમેરાથી કોટિંગની કઠિનતામાં અનુક્રમે 3% અને 12% વધારો થયો છે. 8500 nm ની ઊંડાઈ પર પણ 0.227 GPa નું કઠિનતા મૂલ્ય જાળવવામાં આવ્યું હતું, જે હીલિંગ એજન્ટો અને પોલીયુરેથીન મેટ્રિક્સ વચ્ચે રચાયેલા ક્રોસ-લિંક્ડ નેટવર્કને આભારી છે.

4.સપાટી મોર્ફોલોજી વિશ્લેષણ

સપાટીની ખરબચડી ચકાસણીઓ દર્શાવે છે કે શુદ્ધ પોલીયુરેથીન કોટિંગ્સે સબસ્ટ્રેટ Rz મૂલ્યમાં 86% ઘટાડો કર્યો હતો, જ્યારે હીલિંગ એજન્ટો સાથેના કોટિંગ્સમાં મોટા કણોની હાજરીને કારણે ખરબચડીમાં થોડો વધારો જોવા મળ્યો હતો. FESEM છબીઓ હીલિંગ એજન્ટ કણોના પરિણામે સપાટીની રચનામાં થતા ફેરફારોને દૃષ્ટિની રીતે દર્શાવે છે.

5.સ્ક્રેચ હીલિંગ કાર્યક્ષમતામાં સફળતા

ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપી અવલોકનો દર્શાવે છે કે 10 wt% હીલિંગ એજન્ટ ધરાવતા કોટિંગ્સ, 120 °C પર 30 મિનિટ માટે ગરમીની સારવાર પછી, સ્ક્રેચ પહોળાઈમાં 141 μm થી 9 μm ઘટાડો દર્શાવે છે, જેનાથી 93.6% ની હીલિંગ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત થાય છે. આ કામગીરી રેખીય પોલીયુરેથીન સિસ્ટમ્સ માટે હાલના સાહિત્યમાં નોંધાયેલા કરતાં નોંધપાત્ર રીતે શ્રેષ્ઠ છે.

નેક્સ્ટ મટિરિયલ્સમાં પ્રકાશિત, આ અભ્યાસ બહુવિધ નવીનતાઓ પ્રદાન કરે છે: પ્રથમ, વિકસિત DA-સંશોધિત પોલીયુરેથીન પાવડર કોટિંગ્સ સારા યાંત્રિક ગુણધર્મોને સ્વ-હીલિંગ ક્ષમતા સાથે જોડે છે, જે 12% સુધી કઠિનતામાં સુધારો પ્રાપ્ત કરે છે. બીજું, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક સ્પ્રેઇંગ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ ક્રોસ-લિંક્ડ નેટવર્કમાં હીલિંગ એજન્ટોના એકસમાન વિક્ષેપને સુનિશ્ચિત કરે છે, જે પરંપરાગત માઇક્રોકેપ્સ્યુલ તકનીકોની લાક્ષણિક સ્થિતિની અચોક્કસતાને દૂર કરે છે. સૌથી અગત્યનું, આ કોટિંગ્સ પ્રમાણમાં ઓછા તાપમાન (120 °C) પર ઉચ્ચ હીલિંગ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે છે, જે હાલના સાહિત્યમાં નોંધાયેલા 145 °C હીલિંગ તાપમાનની તુલનામાં વધુ ઔદ્યોગિક ઉપયોગિતા પ્રદાન કરે છે. આ અભ્યાસ એન્જિનિયરિંગ કોટિંગ્સના સેવા જીવનને વધારવા માટે માત્ર એક નવો અભિગમ પૂરો પાડે છે, પરંતુ "હીલિંગ એજન્ટ સાંદ્રતા-પ્રદર્શન" સંબંધના જથ્થાત્મક વિશ્લેષણ દ્વારા કાર્યાત્મક કોટિંગ્સના પરમાણુ ડિઝાઇન માટે સૈદ્ધાંતિક માળખું પણ સ્થાપિત કરે છે. હીલિંગ એજન્ટોમાં હાઇડ્રોક્સિલ સામગ્રીનું ભાવિ ઑપ્ટિમાઇઝેશન અને યુરેટડિઓન ક્રોસ-લિંકર્સના ગુણોત્તરથી સ્વ-હીલિંગ કોટિંગ્સની કામગીરી મર્યાદાને વધુ આગળ વધારવાની અપેક્ષા છે.