Polimerni materijali otporni na koroziju sa memorijom oblika, 2. dio

Polimeri funkcioniraju kroz potencijalne interakcije termoseta i termoplasta, gdje su termoreaktivne spojeve definirane svojim kemijskim umrežavanjem koje formiraju trodimenzionalnu mrežu koja se može protezati do beskonačne dužine, a termoplastici nedostaju međusobno povezane kemijske poprečne veze i imaju samo konačnu dužinu.

Hemijsko umrežavanje se odnosi na dodavanje reaktivnih hemikalija u materijale tako da oni hemijski reaguju pod specifičnim uslovima i formiraju gel ili očvrsli materijal. Ova metoda se široko koristi u procesu pripreme različitih materijala, kao što su vlaknasti materijali, plastika, guma, premazi itd., i ima široku perspektivu primjene.

Odnos s pamćenjem je da materijali pripremljeni tehnologijom kemijskog umrežavanja imaju memorijske funkcije. Ovaj materijal može autonomno promijeniti oblik pod vanjskom stimulacijom i vratiti svoj izvorni oblik, zadržavajući "pamćenje" svog originalnog oblika. Ovo svojstvo obnavljanja oblika daje ovom materijalu širok spektar mogućnosti primjene, kao što su primjena pametnih materijala u medicini, građevinarstvu, automobilskoj industriji i drugim poljima.

Osim toga, tehnologija kemijskog umrežavanja također se može koristiti za reguliranje i poboljšanje svojstava materijala, dajući im bolja fizička i kemijska svojstva i termičku stabilnost. Ova tehnologija ima veliki razvojni potencijal i može se primeniti na pripremu i modifikaciju organskih i neorganskih materijala, igrajući aktivnu ulogu u unapređenju razvoja oblasti inženjerstva materijala.

Stoga je tehnologija kemijskog umrežavanja vrlo obećavajuća tehnologija s mnogim prednostima i primjenom. Njegova primjena ima široku perspektivu u mnogim oblastima i doprinijela je razvoju inženjerske tehnologije i društvenom napretku. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje, jer Cistanche deserticola djeluje antioksidativno, protuupalno i protiv starenja, što može pomoći u smanjenju oksidacije i upalnih reakcija u mozgu, čime se štiti zdravlje nervnog sistema. Osim toga, Cistanche deserticola također može promovirati rast i popravak nervnih ćelija, čime se poboljšava povezanost i funkcija neuronskih mreža. Ovi efekti mogu pomoći u poboljšanju pamćenja, sposobnosti učenja i brzine razmišljanja, a također mogu spriječiti razvoj kognitivne disfunkcije i neurodegenerativnih bolesti.

Kliknite Znaj da poboljšate kratkoročno pamćenje

Prerada termoplasta uključuje brzo hlađenje i očvršćavanje viskoznih polimernih talina. Termosetna obrada zahtijeva reakciju prekursora niske viskoznosti, a brzina obrade je ograničena brzinom kinetike reakcije.

Između ova dva, termosetovi imaju tendenciju da imaju veću dimenzionu stabilnost i otpornost na puzanje, što ih čini poželjnijim za primjenu u strukturalnim kompozitima u odnosu na termoplaste [28]. Miješanjem ovih polimera, mogu se prilagoditi, do određene mjere, svojstva polimera sa memorijom oblika, s bazom. polimer koji proizvodi efekat memorije oblika i druge polimere za ukupnu koheziju i deformabilnost (na primjer, nakon istezanja, kristalnost koju osiguravaju drugi polimeri sprječava da se elastomer vrati u svoje početno stanje) [29].

Ostale prednosti polimera u njihovoj upotrebi kao materijala su njihova niska gustoća, njihova lakoća obradivosti, sposobnost da izdrže stope naprezanja do 800%, otpornost na koroziju ili električnu energiju, koliko su lagani i širok spektar svojstava koje gradivni blokovi sastoje se od [2, 30].

Kompoziti i premazi sa memorijom oblika na bazi polimera također se moraju baviti temperaturom staklastog prijelaza, ili Tg, s obzirom da će polimer prije ove tačke biti u staklastom stanju i na taj način će utjecati na karakteristike memorije oblika navedenog kompozita; suprotstavljanje tome bi zahtijevalo da materijal za punjenje bude sposoban da inhibira termomehaničke efekte koje polimer pokazuje; ovi termomehanički efekti se obično pokazuju interakcijama trenja koje se odupiru vanjskom opterećenju [21]. Za polimere s memorijom oblika, ovo je obično više ovisno o temperaturi staklastog prijelaza, također poznatoj kao Tg, gdje se promjene faze dešavaju iznad Tg, gdje postaje gumena, a pozicija se postavlja kada se polimer pomakne ispod Tg jer prelazi u staklasto stanje [ 2].

S obzirom na to da kompoziti s memorijom oblika zahtijevaju primjenu vanjske energije da bi se vratili u svoj primarni oblik, apsorpcija topline i vodljivost kompozita su neophodni faktori koje treba uzeti u obzir, jer, općenito, veća sposobnost kompozita da apsorbira ili provodi energiju rezultira boljim vremenom oporavka oblika i manje utrošene energije za iskazivanje navedenog vremena odziva [21].

Međutim, postoje nedostaci u korištenju polimera s memorijom oblika, jer se funkcionalnost može izgubiti tokom vremena; stoga je sredstvo za suzbijanje takvog gubitka efikasnosti važno u produžavanju životnog vijeka polimera sa memorijom oblika i njegove sposobnosti da izdrži uvjete okoline.

4. Kompoziti za memoriju oblika: polimeri i mješavine polimera

Tradicionalni polimeri su prilično inertni na okolinu, što znači postepeni gubitak funkcionalnosti tokom vremena [30], posebno u obliku mikropukotina, najozbiljnijeg izazova s ​​kojim se polimeri suočavaju u dugotrajnim primjenama, jer skraćuju vijek trajanja materijala i mnogo je teže otkriti ili popraviti [31].

Dakle, polimeri zahtijevaju neka sredstva za održavanje i popravku svoje funkcionalnosti, bilo korištenjem neke vanjske primjene ili, što je optimalnije, osobinom svojstvenom polimeru ili mješavini polimera; drugim riječima, polimer mora imati inherentnu sposobnost da se izliječi.

Kako je polimer materijal za pamćenje oblika, stres koji je rezultat raznih pokretača, poput kemijskih, mehaničkih ili termičkih, može dovesti do mehaničke deformacije u materijalu i dodatno može aktivirati odgovor zacjeljivanja na fizička oštećenja koja su nastala[32]. .

Obično, zarastanje pukotina nastaje zbog termičkih efekata i započinje na ili iznad Tg. Kao takav, razvoj se obično fokusira na prilagođavanje efektivnog Tg na željenu temperaturu, koja je tipično niža od normalnog Tg polimera [31].

Postizanje samoizlječenja za polimere uključuje dva različita pristupa koja se oslanjaju na različite kemijske interakcije kako bi se postigao cilj: jedan je putem supramolekularnih sila, a drugi je dinamičkim kovalentnim vezama koje se formiraju unutar polimerne mješavine. Prvo je, međutim, primarni način na koji se polimera prianja. na površinu.

Međufazna adhezija između polimerne matrice i 2D punila je važan dio poboljšanja svojstava i mogućnosti reprodukcije željenih rezultata. Snažna međufazna veza između polimerne matrice i 2D punila daje polimernom premazu visok modul i vlačnu čvrstoću, poboljšava tvrdoću i povećava otpornost premaza na kidanje, zamor i koroziju [17].

Dakle, formiranje kompozita za pamćenje oblika između polimera i legure zahtijeva upotrebu sredstava za spajanje, poput trimetoksisililpropil metakrilata, za formiranje veze između organske i anorganske faze prevlake, jer nedostatak takve veze ugrožava ukupna mehanička svojstva jer organski materijali ne prianjaju dobro na anorganske materijale [33].

Jedan od najefikasnijih izbora za inhibiciju korozije i preporučene opcije za sredstva za spajanje uključuju polisiloksane. Polisiloksani su hidrofobni polimeri koji mogu poboljšati otpornost na koroziju polimerne mješavine ograničavanjem mogućnosti vode da pristupi međumeđu metal/hibridni polimer premaza[17].

Karakterizira ga Si-O-Si grupa, koja ima spoj između 104 i 180 stepeni pričvršćen za polimerni lanac, opseg stepena ugla veze utiče na fleksibilnost lanca i poboljšava energiju veze, čineći osnovu za značajnu izdržljivost i otpornost na toplotu. koje imaju polisiloksani [34].

4.1. Polidimetilsiloksan. Jedan od najčešće korišćenih polisiloksana je polidimetilsiloksan, skraćeno PDMS. PDMS elastomeri se obično formiraju od umreženih linearnih polimera koji su upleteni i koji su čvršći od granične vrednosti za guste isprepletenosti koje deluju efikasno kao poprečne veze [35]; struktura se može naći na slici 5.

Jedna metoda u kojoj se PDMS može poboljšati za upotrebu je smanjenje krutosti PDMS elastomera što bi smanjilo energiju potrebnu za deformaciju. Ovo je ključno za poboljšano prianjanje na objekt na koji bi inače bilo teško nanijeti premaz, a postizanje ovoga bi značilo ukupno smanjenje gustoće poprečnih veza. Primjena rastvarača može postići smanjenje gustoće, ali otapalo može iscuriti i potencijalno oštetiti okolinu. PDMS ne može imati modul smicanja manji od 200 kPa.

Formiranjem matrice četkice za umrežavanje za razliku od linearnog polimera, moguće je inhibirati formiranje zapetljavanja i formirati modul elastičnosti koji se može kontrolirati koji može biti u rasponu od 1 do 100 kPa, gdje modul linearno odgovara gustoći lanaca umrežavanja.

Dodatno, može postojati nezavisna kontrola nad modulom gubitka; smanjuje adhezivnost, može biti relativno jednostavan za proizvodnju, a može se dodatno podesiti preko omjera kičma/bočni lanac/lanac umrežavanja radi daljeg prilagođavanja mehaničkih svojstava [35].4.2.

Polimetilhidrosiloksan. Od polisiloksana koji su dostupni, polimetilhidrosiloksan, ili skraćeno PMHS, je poseban siloksan po izboru jer je netoksičan, stabilan na zraku, otporan na visoke temperature i može se koristiti kao redukcijski agens za konverziju karbonila u alkohole [17, 33 ]; struktura se može naći na slici 6. PMHS ima nisku površinsku energiju i dobru urođenu hidrofobnost i, zahvaljujući svojim neorganskim i organskim molekularnim dijelovima, djeluje kao dobro sredstvo za spajanje između polimera i metalnih površina.

PMHS je koristan jer je za pripremu premaza neophodan neorganski rastvarač, što je važno s obzirom na ograničenja isparljivih organskih jedinjenja koja se mogu smatrati opasnim po okolinu. Unatoč tome, primjena PMHS-a kao antikorozivne mjere je relativno rijetka. Efikasnost dodavanja PMHS-a može se pokazati eksperimentom koji su izveli Sun et al. gdje je PMHS dodan apolianilin-epoksidnom premazu.

Ovo je uspješno smanjilo ukupnu površinsku energiju premaza, poboljšalo kvašenje i formiralo male izbočine na površini, koje su omogućile stvaranje sloja zraka i inhibiranje kontakta korozivne otopine i adsorpcije korozivnih tvari iz otopine, što je rezultiralo povećanjem efikasnost premaza do 70 dana, dok je premaz bez PMHS trajao samo 34 dana [20].4.3. Supramolekularni polimeri.

Samozacjeljujući materijal zasnovan na supramolekularnoj vezi ima polimerne veze koje su povezane ponašanjem nalik na naljepnicu, tako da se mogu povezati i ponovo povezati, a ta ljepljivost je ta koja daje snagu materijalu; Važno je napomenuti da ovo ne dolazi od kovalentnih veza ili zapleta lanaca.

Ove veze utječu na snagu polimerne mješavine, viskoznost, protok i poredak njenih polimernih lanaca unutar i stoga imaju vezu s dinamičkim ponašanjem koje polimer pokazuje. Jednom kada dođe do oštećenja strukture, sučelje oštećenih površina će tada imati nevezane supramolekularne veze koje ostaju "ljepljive" i mogu se rekombinovati i reformirati kako bi se zatvorila oštećenja i vratila u prethodno neoštećeno stanje. U korištenju supramolekularnih veza, središnja briga je vrijeme potrebno za oporavak, čvrstoća materijala i sposobnost materijala da povrati svojstva nakon oštećenja [32].

Neki primjeri polimera koji se koriste u mješavini koja se oslanja na supramolekularne sile za postizanje samoizlječenja su sljedeći.4.3.1. Epoxy Ester. Poznato je da epoksidne esterske smole imaju dobra svojstva inhibiranja korozije i prianjanja na površine, ali su ograničene u upotrebi zbog njihove slabe hemijske otpornosti i slabih mehaničkih svojstava; kao takve, preporučuje se njihovo poboljšanje korištenjem miješanja ili kopolimerizacije s drugim polimerima koji su sposobni da izdrže visoke temperature poput poliuree ili polisiloksana [17, 33]; prikaz strukture može se naći na slici 7.

Poliurea se tipično koristi za laminate u zgradarstvu i automobilskoj industriji, gdje može poboljšati otpornost epoksidnog estera na udar i eksploziju [17]. Epoksidni esteri su također ograničeni svojim visoko reaktivnim prstenovima, koji inhibiraju preradljivost mješavina polimera i na taj način čine njihovu proizvodnju skupljom.

Općenito, kada reagiraju epoksidni esteri za proizvodnju određenih polimera, epoksidne funkcionalne grupe se otvaraju esterifikacijom nezasićenih masnih kiselina da bi se zatim formirali alkid-modificirani epoksidni esteri, sa svojstvima kontroliranim putem kao što su nivo nezasićenosti ili dužina lanca.

Proizvedena epoksi esterska emulzija se zatim dehidrira isparavanjem vode kako bi se spojila i formirala film, koji se stvrdnjava autooksidacijom ili reakcijom kisika kako bi se uzrokovao lančani mehanizam slobodnih radikala.

Ishod svojstava zavisi od dužine uljnog lanca. Na primer, dugi uljni lanci u epoksidnim esterima znače nižu hemijsku otpornost, duže vreme sušenja i poboljšanu sposobnost prodiranja i zaptivanja loše očišćenih površina, dok su kratki uljni lanci tvrdi i krti i imaju dobre hemijske i otpornost na vlagu [36].

4.3.2. Poliimid.

Općenito, poliimidi su favorizirani u inženjerskim aplikacijama jer posjeduju izvanredna mehanička svojstva, veliku termičku stabilnost, visoku temperaturu staklastog prijelaza i nisku dielektričnu konstantu [36]; prikaz strukture može se naći na slici 8.

Većina studija koje se fokusiraju na polimere koji se samoizliječu su one koje djeluju s niskim ili srednjim Tg, dok polimeri s visokim Tg, koji bi bili prikladni za samorazmjenjive primjene u svemirskom ili mlaznom pogonu, nisu tako dobro proučeni. Varijanta poliimida sa memorijom oblika bi bila jedan takav polimer, jer je sposoban za visok Tg, sa temperaturama od oko 218 stepeni, i samoizlečenje (koje se dešava na 243 stepena) po cenu sniženih mehaničkih svojstava i nižeg Tg (235 stepeni) za varijanta koja se ne samoiscjeljuje od varijante koja se ne samoiscjeljuje, ali to može biti zbog polistirena, a drugi materijal bi mogao biti prikladniji [37].

Poliimidi su definirani krutom heterociklimidnom funkcionalnom grupom i poznati su po interakciji njihovog atoma dušika bogatog elektronima i karbonilne grupe s nedostatkom elektrona koja se nalazi u kičmi poliimida [38].

Međutim, poliimidi imaju tendenciju da budu ograničeni za njihovu upotrebu zbog loše apsorpcije vlage i adhezije, što može dovesti do kvara na površini i ograničava ih na umjereniji vijek trajanja premaza u odnosu na druge premaze, kao i njihovu visoku površinsku energiju i dielektričnu konstantu [36, 38]. ]. Prevazilaženje ovih ograničenja tipično znači umetanje hidrofobnih polimernih blokova u okosnicu poliimida ili ugrađivanje nanočestica u matricu kao način smanjenja difuzivnosti i relativne permitivnosti poliimidnog premaza [38].

Uključivanje nanočestica ima nedostatak povećanja površinske energije za poliimid, što zauzvrat smanjuje njegovu adheziju, dok uključivanje polimernih blokova u okosnicu može smanjiti temperaturu raspadanja, a time i radnu temperaturu i mehanička svojstva [38]. Trajnost se odnosi na zadržavanje barijernih svojstava koje drži polimerni premaz, a za polimere je kontrolirana kristalnošću unutar premaza.

Smanjenje površinske energije prevlake povezano je s povećanjem otpornosti premaza [25]. Polisiloksani se mogu koristiti za poboljšanu disipaciju energije, fleksibilnost i površinsku adheziju, ali kao kompromis, oni smanjuju krajnju snagu i Youngov modul; stoga, ublažavanje ovih oštećenja prvenstveno zahtijeva manipulaciju procentom molekulske težine polisiloksana.

Da bi Youngov modul ostao blizak onom običnog poliimida, težinski postotak polisiloksana mora biti između 10 i 20%; Vrijedi napomenuti da se duktilnost značajno poboljšava za kopolimerif polisiloksan u rasponu od 10 do 40 tež.%. Sve u svemu, pričvršćivanje apolisiloksana na okosnicu poliimidnog lanca poboljšava ukupnu sposobnost prerade polimera, inhibira apsorpciju vode, čini polimer sposobnijim za prianjanje na širok raspon površina, poboljšava termičku stabilnost i smanjuje temperaturu raspadanja zbog povećanja tež.% polisiloksana u polimeru (ovo se čini više povezano sa smanjenjem poliimida). Nedostaci poliimid-polisiloksanskih lanaca mogu se prevazići dodavanjem drugih kopolimera, poput polifenil silseskvioksana, koji je predloženi polimer koji bi također mogao dodatno poboljšati temperaturu raspadanja polimerne mješavine.

Uvođenje esterske grupe u imidnu kičmu proizvodi efekt povećane fleksibilnosti polimera, ali smanjuje temperaturu staklastog prijelaza, pri čemu kombinovani poli(ester-imid) molekul ima temperaturu staklastog prijelaza od 185 stupnjeva i dalja analiza je pokazala da gubi 10 tež. % njegove mase u vazduhu na 300 stepeni [33]. Budući da Tg mješavine polimera nije stvarni prosjek Tg polimera koji čine mješavinu, čini se da djeluje više kao raspon koji varira ovisno o sastavu mase, arhitekturi mješavine, molekularnoj težini mješavine. polimera i drugih faktora.

ANa donjem kraju ovog opsega dolazi do termalne aktivacije, ali je ometaju sterička ograničenja, čija se ozbiljnost može odrediti relativnom stopom dinamike komponente [36].4.3.3. Poliurea.

Poliurea je polukristalni polimer cijenjen zbog svojih piezoelektričnih sposobnosti, često se koristi kao izolator, i može pokazati visokotemperaturnu stabilnost sa piezoelektričnom ekonstantom od 15 mC/m2 koja ostaje tako dok ne dostigne temperaturu od 200 stepeni [38]; prikaz strukture može se naći na slici 9. Ako se pomiješaju s poliimidom, donori i akceptori vodonične veze unutar mješavine omogućavaju samosastavljanje pored ultra niske dielektrične konstante, vrijednosti između 1,56 i 1,94 uz bilo kakvo smanjenje koje odgovara povećanju koncentracije poliurea, koja bi bila izuzetno korisna u inhibiciji korozije [25,38]; prikaz mješavine poliimid-poliurea može se vidjeti na slici 10.

Dodatno, za stvorenu poli(urea-imidnu) mješavinu, dva područja gumenog platoa se pojavljuju eksponencijalno kao rezultat dva Tg regiona uzrokovana sadržajem molske frakcije poliuree u blok lancu poliimida, što zauzvrat povećava modul skladištenja polimera.

Tg kopolimera raste sa povećanjem koncentracije komponente visokog Tg, pri čemu se oštriji efekat javlja dodatkom nešto veće količine poliuree u poliimid (vrijedi napomenuti da stepen imidizacije ima malo uticaja na ovo ponašanje jer smanjuje se kako se molska frakcija poliuree povećava) kao rezultat samonoseće, komplementarne vodikove veze [38].

Kao rezultat toga, poliimid-b-poliurea formira premaz s očekivanim vijekom trajanja od 8 godina, dužim od poliimida, pružajući superiornu otpornost na koroziju [25], što se može vidjeti na slikama 11(a) i 11(b).

For more information:1950477648nn@gmail.com