Polimerni materiali s spominom oblike, odporni proti koroziji, 2. del

Polimeri delujejo s potencialnimi interakcijami duroplastov in termoplastov, pri čemer so duroplasti definirani s svojimi kemičnimi zamreženji, ki tvorijo tridimenzionalno mrežo, ki se lahko razteza do neskončne dolžine, termoplasti pa manjkajo medsebojno povezane kemične zamrežitve in imajo samo končno dolžino.

Kemijsko navzkrižno povezovanje se nanaša na dodajanje reaktivnih kemikalij materialom, tako da kemično reagirajo pod določenimi pogoji in tvorijo gel ali strjen material. Ta metoda se pogosto uporablja v procesu priprave različnih materialov, kot so vlaknati materiali, plastika, guma, premazi itd., in ima široke možnosti uporabe.

Povezava s spominom je, da imajo materiali, pripravljeni s tehnologijo kemičnega navzkrižnega povezovanja, spominske funkcije. Ta material lahko avtonomno spremeni obliko pod zunanjo stimulacijo in obnovi prvotno obliko, hkrati pa ohrani "spomin" svoje prvotne oblike. Ta lastnost obnavljanja oblike daje temu materialu široko paleto možnosti uporabe, kot so pametne aplikacije materialov v medicini, gradbeništvu, avtomobilski industriji in na drugih področjih.

Poleg tega se lahko tehnologija kemičnega navzkrižnega povezovanja uporablja tudi za uravnavanje in izboljšanje lastnosti materialov, kar jim daje boljše fizikalne in kemijske lastnosti ter toplotno stabilnost. Ta tehnologija ima velik razvojni potencial in se lahko uporablja za pripravo in modifikacijo organskih in anorganskih materialov, igra aktivno vlogo pri pospeševanju razvoja področja inženirstva materialov.

Zato je tehnologija kemičnega navzkrižnega povezovanja zelo obetavna tehnologija s številnimi prednostmi in uporabno vrednostjo. Njegova uporaba ima široke možnosti na številnih področjih in je prispevala k razvoju inženirske tehnologije in družbenemu napredku. Razvidno je, da moramo izboljšati spomin, in Cistanche deserticola lahko bistveno izboljša spomin, saj ima Cistanche deserticola antioksidativne, protivnetne učinke in učinke proti staranju, kar lahko pomaga zmanjšati oksidacijo in vnetne reakcije v možganih, s čimer ščiti zdravje živčnega sistema. Poleg tega lahko Cistanche deserticola spodbuja tudi rast in popravilo živčnih celic ter tako izboljša povezljivost in delovanje nevronskih mrež. Ti učinki lahko pomagajo izboljšati spomin, sposobnost učenja in hitrost razmišljanja ter lahko tudi preprečijo razvoj kognitivnih motenj in nevrodegenerativnih bolezni.

Kliknite Know za izboljšanje kratkoročnega spomina

Predelava termoplastov vključuje hitro ohlajanje in strjevanje viskoznih polimernih talin. Duroplastna obdelava zahteva reakcijo prekurzorjev z nizko viskoznostjo, hitrost predelave pa je omejena s hitrostjo reakcijske kinetike.

Med obema imajo duroplasti običajno večjo dimenzijsko stabilnost in odpornost proti lezenju, zaradi česar so prednostni za uporabo v strukturnih kompozitih pred termoplasti [28]. Z mešanjem teh polimerov lahko do določene mere prilagodimo lastnosti polimera s spominom oblike z osnovo. polimer, ki proizvaja učinek spomina oblike, in drugi polimeri za celotno kohezijo in deformabilnost (na primer, po raztezku kristaliničnost, ki jo zagotavljajo drugi polimeri, preprečuje, da bi se elastomer sprostil nazaj v začetno stanje) [29].

Druge prednosti polimerov pri njihovi uporabi kot materialov so njihova nizka gostota, njihova enostavna obdelava, sposobnost, da prenesejo stopnje deformacije do 800%, odpornost proti koroziji ali elektriki, kako lahki so in širok spekter lastnosti, ki jih gradniki sestavljeni so iz [2, 30].

Kompoziti in premazi s spominom oblike na osnovi polimerov morajo prav tako upoštevati temperaturo posteklenitve ali Tg, glede na to, da bo polimer pred to točko v steklastem stanju in bo s tem vplival na lastnosti spomina oblike omenjenega kompozita; preprečevanje tega bi zahtevalo, da je polnilni material sposoben inhibirati termomehanske učinke, ki jih kaže polimer; ti termomehanski učinki se običajno pokažejo s tornimi interakcijami, ki se upirajo zunanjim obremenitvam [21]. Pri polimerih s spominom oblike je to običajno bolj odvisno od temperature posteklenitve, znane tudi kot Tg, pri kateri pride do faznih sprememb nad Tg, kjer postane gumijast, položaj pa se nastavi, ko se polimer premakne pod Tg, ko se spremeni v steklasto stanje [ 2].

Glede na to, da kompoziti s spominom oblike zahtevajo uporabo zunanje energije, da se vrnejo v svojo primarno obliko, sta toplotna absorpcija in prevodnost kompozita nujna dejavnika, ki ju je treba upoštevati, saj na splošno večja sposobnost kompozita, da absorbira ali prevaja energijo, povzroči boljše čase za obnovitev oblike in manj porabljene energije za prikaz omenjenih odzivnih časov [21].

Vendar pa obstajajo pomanjkljivosti pri uporabi polimerov za spomin oblike, saj se lahko funkcionalnost sčasoma izgubi; tako je sredstvo za preprečevanje takšne izgube učinkovitosti pomembno pri podaljšanju življenjske dobe polimera s spominom oblike in njegove sposobnosti, da vzdrži okoljske pogoje.

4. Kompoziti s spominom oblike: polimeri in polimerne mešanice

Tradicionalni polimeri so precej inertni na okolje, kar pomeni postopno izgubo funkcionalnosti skozi čas [30], še posebej v obliki mikrorazpok, ki so najresnejši izziv, s katerim se soočajo polimeri pri dolgoročni uporabi, saj skrajšujejo življenjsko dobo materiala in veliko težje odkriti ali popraviti [31].

Zato polimeri potrebujejo nekaj sredstev za vzdrževanje in popravilo svoje funkcionalnosti, bodisi z uporabo neke zunanje aplikacije ali, bolj optimalno, z lastnostjo, ki je lastna polimeru ali mešanici polimerov; z drugimi besedami, polimer mora imeti inherentno sposobnost, da se sam pozdravi.

Ker je polimer material s spominom oblike, lahko stres, ki je posledica različnih sprožilcev, kot so kemični, mehanski ali toplotni, povzroči mehansko deformacijo materiala in poleg tega lahko aktivira odziv na celjenje nastale fizične poškodbe [32]. .

Običajno pride do celjenja razpok zaradi toplotnih učinkov in se začne pri ali nad Tg. Kot tak je bil razvoj običajno osredotočen na prilagoditev efektivne Tg na želeno temperaturo, ki je običajno nižja od normalne Tg polimera [31].

Doseganje samozdravljenja za polimere vključuje dva različna pristopa, ki se zanašata na različne kemijske interakcije za dosego cilja: eden je prek supramolekularnih sil, drugi pa z dinamičnimi kovalentnimi vezmi, ki nastanejo znotraj polimerne mešanice. Prvi je primarni način, s katerim se polimera oprijema na površje.

Medfazni oprijem med polimerno matrico in 2D polnilom je pomemben del izboljšanja lastnosti in zmožnosti reprodukcije želenih rezultatov. Močna medfazna vez med polimerno matrico in 2D polnilom daje polimerni prevleki visok modul in natezno trdnost, izboljša trdoto in poveča odpornost premaza na trganje, utrujenost in korozijo [17].

Tako tvorba kompozita s spominom oblike med polimerom in zlitino zahteva uporabo sredstev za spajanje, kot je trimetoksisililpropil metakrilat, da se tvori povezava med organsko in anorgansko fazo prevleke, saj pomanjkanje take povezave ogroža splošne mehanske lastnosti, ker so organski materiali se ne oprijemajo dobro na anorganske materiale [33].

Ena najučinkovitejših izbir za zaviranje korozije in priporočenih možnosti za sredstva za spajanje so polisiloksani. Polisiloksani so hidrofobni polimeri, ki lahko izboljšajo korozijsko odpornost mešanice polimerov z omejevanjem zmožnosti dostopa vode do vmesnika prevleke kovina/hibridni polimer [17].

Zanj je značilna skupina Si-O-Si, ki ima vezni kot med 104 in 180 stopinj pritrjen na polimerno verigo, razpon stopinj veznega kota vpliva na prožnost verige in izboljša energijo vezi, kar je osnova za opazno vzdržljivost in odpornost proti vročini ki jih imajo polisiloksani [34].

4.1. Polidimetilsiloksan. Eden najpogosteje uporabljenih polisiloksanov je polidimetilsiloksan, skrajšano PDMS. Elastomeri PDMS so običajno oblikovani iz zamreženih linearnih polimerov, ki so bili prepleteni in so trši od mejne vrednosti za goste prepletanja, ki učinkovito delujejo kot zamrežne povezave [35]; strukturo lahko najdete na sliki 5.

Ena od metod, s katero bi lahko PDMS izboljšali za uporabo, je zmanjšanje togosti elastomerov PDMS, kar bi zmanjšalo energijo, potrebno za deformacijo. To je ključnega pomena za boljši oprijem na predmet, na katerega bi sicer težko nanesli premaz, doseganje tega pa bi pomenilo splošno zmanjšanje gostote zamrežnih povezav. Z uporabo topila lahko dosežete zmanjšanje gostote, vendar se lahko topilo izlije in potencialno škoduje okoliškemu okolju. PDMS ne sme imeti strižnega modula nižjega od 200 kPa.

Z oblikovanjem zamrežene matrice bottlebrush v nasprotju z linearnim polimerom je mogoče preprečiti nastajanje zapletov in oblikovati modul elastičnosti, ki ga je mogoče nadzorovati in je lahko v razponu od 1 do 100 kPa, kjer modul linearno ustreza gostoti zamreženih verig.

Poleg tega lahko obstaja neodvisen nadzor nad modulom izgube; zmanjša adhezivnost, lahko ga je razmeroma preprosto izdelati in ga je mogoče dodatno prilagoditi z razmerjem hrbtenica/stranska veriga/zamrežna veriga za nadaljnje prilagajanje mehanskih lastnosti [35]. 4.2.

Polimetilhidrosiloksan. Od polisiloksanov, ki so na voljo, je polimetilhidrosiloksan ali na kratko PMHS poseben siloksan izbire, saj je netoksičen, stabilen na zraku, odporen na visoke temperature in se lahko uporablja kot redukcijsko sredstvo za pretvorbo karbonilov v alkohole [17, 33]. ]; strukturo lahko najdete na sliki 6. PMHS ima nizko površinsko energijo in dobro prirojeno hidrofobnost ter zahvaljujoč svojim anorganskim in organskim molekularnim delom deluje kot dobro spojno sredstvo med polimeri in kovinskimi površinami.

PMHS je uporaben, saj za pripravo premaza ni potrebno organsko topilo, kar je pomembno glede na omejitve glede hlapnih organskih spojin, ki se lahko štejejo za nevarne okolju. Kljub temu je uporaba PMHS kot protikorozijskega ukrepa relativno redka. Učinkovitost dodatka PMHS se lahko dokaže s poskusom, ki so ga izvedli Sun et al. kjer je bil PMHS dodan apolianilin-epoksi premazu.

To je uspešno zmanjšalo celotno površinsko energijo prevleke, izboljšalo omočljivost in oblikovalo majhne izbokline na površini, ki so omogočile nastanek plasti zraka in preprečile stik z jedko raztopino in adsorpcijo jedkih ionov raztopine, kar je povzročilo povečanje učinkovitost prevleke do 70 dni, medtem ko je prevleka brez PMHS trajala le 34 dni [20].4.3. Supramolekularni polimeri.

Samozdravilni material na osnovi supramolekularne vezi ima polimerne vezi, ki so povezane kot nalepke, tako da se lahko povezujejo in ponovno povezujejo, in prav ta lepljivost daje materialu moč; Pomembno je omeniti, da to ne izvira iz kovalentnih vezi ali verižnih prepletov.

Te vezi vplivajo na trdnost polimerne mešanice, viskoznost, pretok in urejenost njenih polimernih verig znotraj in so zato povezane z dinamičnim obnašanjem polimera. Ko se struktura poškoduje, bo vmesnik poškodovanih površin imel nevezane supramolekularne vezi, ki ostanejo "lepljive" in jih je mogoče ponovno združiti in preoblikovati, da se zapre poškodba in vrne v prejšnje nepoškodovano stanje. Pri uporabi supramolekularnih vezi so osrednji pomisleki čas, ki je potreben za obnovitev, trdnost materiala in sposobnost materiala, da obnovi lastnosti po poškodbi [32].

Nekaj ​​primerov polimerov za uporabo v mešanici, ki se opira na nadmolekularne sile za doseganje samozdravljenja, je naslednjih. 4.3.1. Epoksi ester. Znano je, da imajo epoksidne smole dobre lastnosti zaviranja korozije in oprijem na površine, vendar je njihova uporaba omejena zaradi njihove slabe kemične odpornosti in šibkih mehanskih lastnosti; zato jih je priporočljivo izboljšati z uporabo mešanja ali kopolimerizacije z drugimi polimeri, ki so odporni na visoke temperature, kot sta poliurea ali polisiloksan [17, 33]; predstavitev strukture lahko najdete na sliki 7.

Poliurea se običajno uporablja za laminate v zgradbah in avtomobilski industriji, kjer lahko izboljša odpornost epoksi estra na udarce in udarce [17]. Epoksi estre omejujejo tudi njihovi zelo reaktivni obroči, ki zavirajo predelavo polimernih mešanic in jih zato dražijo za proizvodnjo.

Na splošno se pri reakciji epoksi estrov za proizvodnjo določenih polimerov epoksi funkcionalne skupine odprejo z zaestrenjem nenasičenih maščobnih kislin, da se nato tvorijo alkidno modificirani epoksi estri, katerih lastnosti se nadzorujejo s sredstvi, kot sta stopnja nenasičenosti ali dolžina verige.

Proizvedena emulzija epoksi estra se nato dehidrira z izhlapevanjem vode, da se združi in oblikuje film, ki se strdi z avtooksidacijo ali reakcijo s kisikom, da povzroči verižni mehanizem prostih radikalov.

Rezultat lastnosti je odvisen od dolžine oljne verige. Na primer, dolge oljne verige v epoksi estrih pomenijo nižjo kemično odpornost, daljše čase sušenja in večjo sposobnost prodiranja in tesnjenja slabo očiščenih površin, medtem ko so kratke oljne verige trde in krhke ter imajo dobro kemično in odpornost na vlago [36].

4.3.2. Poliimid.

Na splošno imajo poliimidi prednost v inženirskih aplikacijah, saj imajo izjemne mehanske lastnosti, veliko toplotno stabilnost, visoko temperaturo posteklenitve in nizko dielektrično konstanto [36]; predstavitev strukture lahko najdete na sliki 8.

Večina študij, ki se osredotočajo na samozdravilne polimere, je tistih, ki delujejo pod nizkim ali srednjim Tg, medtem ko polimeri z visokim Tg, ki bi bili primerni za samonastavljive vesoljske ali reaktivne pogonske aplikacije, niso tako dobro raziskani. Različica poliimida s spominom oblike bi bila en tak polimer, saj je sposoben visokega Tg s temperaturami okrog 218 stopinj in samozdravljenja (ki se pojavi pri 243 stopinjah) na račun znižanih mehanskih lastnosti in nižjega Tg (235 stopinj) za varianta brez samozdravljenja kot različica brez samozdravljenja, vendar je to morda posledica polistirena in je morda bolj primeren drug material [37].

Poliimidi so definirani s togo heterociklicimidno funkcionalno skupino in so znani po interakciji njihovega atoma dušika, bogatega z elektroni, in njihove karbonilne skupine s pomanjkanjem elektronov, ki se nahaja v hrbtenici poliimida [38].

Vendar pa je uporaba poliimidov običajno omejena zaradi slabe absorpcije vlage in adhezije, kar lahko povzroči poškodbo medfazne površine in jih omeji na zmernejšo življenjsko dobo premaza v primerjavi z drugimi premazi, pa tudi zaradi njihove visoke površinske energije in dielektrične konstante [36, 38]. ].Preseganje teh omejitev običajno pomeni vstavljanje hidrofobnih polimernih blokov v hrbtenico poliimida ali vključitev nanodelcev v matriko kot sredstvo za zmanjšanje difuznosti in relativne prepustnosti poliimidne prevleke [38].

Pomanjkljivost vključitve nanodelcev je povečanje površinske energije za poliimid, kar posledično zmanjša njegovo oprijemljivost, medtem ko lahko vključitev polimernih blokov v ogrodje zmanjša temperaturo razgradnje in s tem delovno temperaturo in mehanske lastnosti [38]. Trajnost se nanaša na ohranitev pregradnih lastnosti, ki jih ima polimerna prevleka, pri polimerih pa je nadzorovana s kristaliničnostjo v prevleki.

Zmanjšanje površinske energije prevleke je povezano s povečanjem odpornosti prevleke [25]. Polisiloksane je mogoče uporabiti za izboljšano disipacijo energije, fleksibilnost in oprijem na površino, vendar kot kompromis zmanjšajo končno trdnost in Youngov modul; zato je za ublažitev teh pomanjkljivosti potrebna predvsem manipulacija z odstotki molekulske mase polisiloksana.

Da Youngov modul ostane blizu modula navadnega poliimida, mora biti masni odstotek polisiloksana med 10 in 20 %; treba je omeniti, da se duktilnost bistveno izboljša za kopolimerif polisiloksana v območju od 10 do 40 mas.%. Na splošno pritrditev apolisiloksana na ogrodje poliimidne verige izboljša splošno predelovalnost polimera, zavira absorpcijo vode, naredi polimer boljšo oprijemljivost na širok spekter površin, izboljša termično stabilnost in zniža temperaturo razgradnje glede na povečanje temperature. % polisiloksana v polimeru (zdi se, da je to bolj povezano z redukcijo poliimida). Pomanjkljivosti poliimid-polisiloksanskih verig bi lahko premagali z dodatkom drugih kopolimerov, kot je polifenil silseskvioksan, ki je predlagani polimer, ki bi prav tako lahko dodatno izboljšal temperaturo razgradnje polimerne mešanice.

Uvedba estrske skupine v imidno ogrodje povzroči učinek povečane prožnosti polimera, vendar zmanjša temperaturo posteklenitve, kjer ima kombinirana poli(ester-imidna) molekula temperaturo posteklenitve 185 stopinj in nadaljnja analiza je pokazala, da izgubi 10 mas. % svoje mase v zraku pri 300 stopinjah [33]. Ker Tg polimerne mešanice ni dejansko povprečje Tg polimerov, ki sestavljajo mešanico, se zdi, da deluje bolj kot razpon, ki se spreminja glede na sestavo mase, arhitekturo mešanice, molekulsko maso polimeri in drugi dejavniki.

ANa spodnjem koncu tega območja pride do toplotne aktivacije, vendar jo ovirajo sterične omejitve, katerih resnost se lahko določi z relativno hitrostjo dinamike komponent [36]. 4.3.3. Poliurea.

Polisečnina je polkristalni polimer, cenjen zaradi svojih piezoelektričnih sposobnosti, ki se pogosto uporablja kot izolator in lahko kaže visokotemperaturno stabilnost s piezoelektrično konstanto 15 mC/m2, ki ostane takšna, dokler ne doseže temperature 200 stopinj [38]; predstavitev strukture lahko najdete na sliki 9. Če jih zmešate s poliimidom, donorji in akceptorji vodikove vezi v mešanici poleg ultra nizke dielektrične konstante omogočajo samosestavljanje, vrednost med 1,56 in 1,94, pri čemer kakršno koli zmanjšanje ustreza povečanju koncentracije poliurea, ki bi bila izjemno koristna pri zaviranju korozije [25,38]; predstavitev mešanice poliimid-poliurea je morda prikazana na sliki 10.

Poleg tega se za ustvarjeno mešanico poli(sečnine-imida) eksponentno pojavijo dve gumijasti platojski regiji kot posledica dveh Tg regij, ki jih povzroča vsebnost molskega deleža poliuree v poliimidni blokovni verigi, kar posledično poveča skladiščni modul polimera.

Tg kopolimerov se poveča s povečanjem koncentracije komponente z visoko Tg, pri čemer pride do močnejšega učinka z dodatkom nekoliko večje količine polisečnine poliimidu (omeniti je treba, da stopnja imidizacije malo vpliva na to vedenje, saj zmanjšuje se, ko se molski delež polisečnine poveča) kot posledica samonosne, komplementarne vodikove vezi [38].

Posledično poliimid-b-poliurea tvori prevleko s pričakovano življenjsko dobo 8 let, daljšo od tiste pri poliimidu, ki zagotavlja vrhunsko odpornost proti koroziji [25], kar je razvidno iz slik 11(a) in 11(b).

For more information:1950477648nn@gmail.com