पॉलीयुरेथेन: डाइल्स-एल्डर प्रतिक्रिया पर आधारित पॉलीयुरेथेन सेल्फ-हीलिंग कोटिंग्स की सतह कठोरता और सेल्फ-हीलिंग गुणों पर शोध

परंपरागत पॉलीयुरेथेन कोटिंग्स के आसानी से क्षतिग्रस्त हो जाने और स्व-उपचार क्षमता की कमी की समस्या को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने डाइल्स-एल्डर (डीए) साइक्लोएडिशन तंत्र के माध्यम से 5 wt% और 10 wt% उपचार एजेंटों से युक्त स्व-उपचार पॉलीयुरेथेन कोटिंग्स विकसित कीं। परिणामों से पता चलता है कि उपचार एजेंटों को शामिल करने से कोटिंग की कठोरता में 3%–12% की वृद्धि होती है और 120 °C पर 30 मिनट के भीतर 85.6%–93.6% तक खरोंच भरने की क्षमता प्राप्त होती है, जिससे कोटिंग्स का सेवा जीवन काफी बढ़ जाता है। यह अध्ययन इंजीनियरिंग सामग्रियों की सतह सुरक्षा के लिए एक अभिनव समाधान प्रदान करता है।

इंजीनियरिंग सामग्री के क्षेत्र में, कोटिंग सामग्रियों में यांत्रिक क्षति की मरम्मत लंबे समय से एक बड़ी चुनौती रही है। हालांकि पारंपरिक पॉलीयुरेथेन कोटिंग्स उत्कृष्ट मौसम प्रतिरोध और आसंजन प्रदर्शित करती हैं, लेकिन खरोंच या दरारें पड़ने पर उनका सुरक्षात्मक प्रदर्शन तेजी से खराब हो जाता है। जैविक स्व-उपचार तंत्र से प्रेरित होकर, वैज्ञानिकों ने गतिशील सहसंयोजक बंधों पर आधारित स्व-उपचार सामग्री की खोज शुरू कर दी है, जिसमें डाइल्स-एल्डर (डीए) प्रतिक्रिया अपनी सौम्य प्रतिक्रिया स्थितियों और अनुकूल उत्क्रमणीयता के कारण महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित कर रही है। हालांकि, मौजूदा शोध मुख्य रूप से रैखिक पॉलीयुरेथेन प्रणालियों पर केंद्रित रहा है, जिससे क्रॉस-लिंक्ड पॉलीयुरेथेन पाउडर कोटिंग्स में स्व-उपचार गुणों के अध्ययन में एक कमी रह गई है।

इस तकनीकी बाधा को दूर करने के लिए, घरेलू शोधकर्ताओं ने नवीनता से दो डीए उपचार एजेंटों—फ्यूरान-मेलिक एनहाइड्राइड और फ्यूरान-बिस्मालेइमाइड—को हाइड्रॉक्सिलेटेड पॉलिएस्टर राल प्रणाली में शामिल किया, जिससे उत्कृष्ट स्व-उपचार गुणों वाली पॉलीयुरेथेन पाउडर कोटिंग विकसित हुई। इस अध्ययन में उपचार एजेंटों की संरचना की पुष्टि के लिए ¹H NMR, डीए/रेट्रो-डीए प्रतिक्रियाओं की उत्क्रमणीयता को सत्यापित करने के लिए डिफरेंशियल स्कैनिंग कैलोरीमेट्री (DSC), और कोटिंग्स के यांत्रिक गुणों और सतह विशेषताओं का व्यवस्थित मूल्यांकन करने के लिए नैनोइंडेंटेशन तकनीकों के साथ-साथ सतह प्रोफ़ाइलोमेट्री का उपयोग किया गया।

प्रमुख प्रायोगिक तकनीकों के संदर्भ में, शोध दल ने सर्वप्रथम दो-चरणीय विधि का उपयोग करके हाइड्रॉक्सिल युक्त डीए उपचार एजेंटों का संश्लेषण किया। इसके बाद, 5 wt% और 10 wt% उपचार एजेंटों से युक्त पॉलीयुरेथेन पाउडर को मेल्ट ब्लेंडिंग विधि द्वारा तैयार किया गया और इलेक्ट्रोस्टैटिक स्प्रेइंग का उपयोग करके स्टील सब्सट्रेट पर लगाया गया। उपचार एजेंटों के बिना नियंत्रण समूहों के साथ तुलना करके, सामग्री के गुणों पर उपचार एजेंट की सांद्रता के प्रभाव का व्यवस्थित रूप से अध्ययन किया गया।

1.एनएमआर विश्लेषण से उपचार एजेंट की संरचना की पुष्टि हुई

1 एच एनएमआर स्पेक्ट्रा ने दिखाया कि एमीन-सम्मिलित फुरान-मेलिक एनहाइड्राइड (एचए-1) ने δ = 3.07 पीपीएम और 5.78 पीपीएम पर विशिष्ट डीए रिंग पीक प्रदर्शित किए, जबकि फुरान-बिस्मालेइमाइड एडक्ट (एचए-2) ने δ = 4.69 पीपीएम पर एक विशिष्ट डीए बॉन्ड प्रोटॉन सिग्नल प्रदर्शित किया, जो उपचार एजेंटों के सफल संश्लेषण की पुष्टि करता है।

2.डीएससी से ऊष्मीय प्रतिवर्ती विशेषताओं का पता चलता है

डीएससी वक्रों से संकेत मिलता है कि उपचार एजेंट युक्त नमूनों में 75 डिग्री सेल्सियस पर डीए अभिक्रिया के लिए अंतःतापीय शिखर और 110-160 डिग्री सेल्सियस की सीमा में प्रतिगामी डीए अभिक्रिया के लिए विशिष्ट शिखर प्रदर्शित होते हैं। उपचार एजेंट की मात्रा बढ़ने के साथ शिखर क्षेत्र में वृद्धि हुई, जो उत्कृष्ट तापीय उत्क्रमणीयता को दर्शाता है।

3.नैनोइंडेंटेशन परीक्षणों से कठोरता में सुधार दिखाई देता है

गहराई-संवेदनशील नैनोइंडेंटेशन परीक्षणों से पता चला कि 5 wt% और 10 wt% हीलिंग एजेंट मिलाने से कोटिंग की कठोरता में क्रमशः 3% और 12% की वृद्धि हुई। 8500 nm की गहराई पर भी 0.227 GPa का कठोरता मान बना रहा, जिसका श्रेय हीलिंग एजेंट और पॉलीयुरेथेन मैट्रिक्स के बीच बने क्रॉस-लिंक्ड नेटवर्क को जाता है।

4.सतही आकृति विज्ञान विश्लेषण

सतह की खुरदरापन जांच से पता चला कि शुद्ध पॉलीयुरेथेन कोटिंग्स ने सब्सट्रेट के Rz मान को 86% तक कम कर दिया, जबकि हीलिंग एजेंट युक्त कोटिंग्स में बड़े कणों की उपस्थिति के कारण खुरदरापन में मामूली वृद्धि देखी गई। FESEM छवियों ने हीलिंग एजेंट कणों के कारण सतह की बनावट में हुए परिवर्तनों को स्पष्ट रूप से दर्शाया।

5.खरोंच भरने की क्षमता में अभूतपूर्व प्रगति

ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी अवलोकनों से पता चला कि 10 wt% हीलिंग एजेंट युक्त कोटिंग्स को 120 °C पर 30 मिनट तक ऊष्मा उपचारित करने के बाद, खरोंच की चौड़ाई 141 μm से घटकर 9 μm हो गई, जिससे हीलिंग दक्षता 93.6% तक पहुँच गई। यह प्रदर्शन रैखिक पॉलीयुरेथेन प्रणालियों के लिए मौजूदा साहित्य में बताए गए प्रदर्शन से कहीं बेहतर है।

नेक्स्ट मैटेरियल्स में प्रकाशित इस अध्ययन में कई नवाचार प्रस्तुत किए गए हैं: पहला, विकसित डीए-संशोधित पॉलीयुरेथेन पाउडर कोटिंग्स में अच्छे यांत्रिक गुण और स्व-उपचार क्षमता का संयोजन है, जिससे कठोरता में 12% तक की वृद्धि हुई है। दूसरा, इलेक्ट्रोस्टैटिक स्प्रेइंग तकनीक का उपयोग क्रॉस-लिंक्ड नेटवर्क के भीतर उपचार एजेंटों के समान फैलाव को सुनिश्चित करता है, जिससे पारंपरिक माइक्रो कैप्सूल तकनीकों में पाई जाने वाली स्थिति संबंधी अशुद्धि दूर हो जाती है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि ये कोटिंग्स अपेक्षाकृत कम तापमान (120 डिग्री सेल्सियस) पर उच्च उपचार दक्षता प्राप्त करती हैं, जो मौजूदा साहित्य में उल्लिखित 145 डिग्री सेल्सियस के उपचार तापमान की तुलना में अधिक औद्योगिक उपयोगिता प्रदान करती हैं। यह अध्ययन न केवल इंजीनियरिंग कोटिंग्स के सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रदान करता है, बल्कि "उपचार एजेंट सांद्रता-प्रदर्शन" संबंध के मात्रात्मक विश्लेषण के माध्यम से कार्यात्मक कोटिंग्स के आणविक डिजाइन के लिए एक सैद्धांतिक ढांचा भी स्थापित करता है। उपचार एजेंटों में हाइड्रॉक्सिल सामग्री और यूरेटडायोन क्रॉस-लिंकर के अनुपात के भविष्य के अनुकूलन से स्व-उपचार कोटिंग्स के प्रदर्शन की सीमाओं को और आगे बढ़ाने की उम्मीद है।