Kujumälu korrosioonikindlad polümeersed materjalid, 2. osa

Polümeerid toimivad termoreaktiivsete ja termoplastide potentsiaalsete vastastikmõjude kaudu, kus termoreaktiivsed ained on määratletud nende keemiliste ristsidemete järgi, mis moodustavad kolmemõõtmelise võrgu, mis võib ulatuda lõpmatu pikkuseni, ja termoplastidel puuduvad omavahel ühendatud keemilised ristsidemed ja neil on ainult piiratud pikkus.

Keemiline ristsidumine viitab reaktiivsete kemikaalide lisamisele materjalidele nii, et need reageerivad teatud tingimustes keemiliselt, moodustades geeli või kõvastunud materjali. Seda meetodit kasutatakse laialdaselt mitmesuguste materjalide, näiteks kiudmaterjalide, plastide, kummi, pinnakattematerjalide jne ettevalmistamisel ning sellel on laialdased kasutusvõimalused.

Seos mäluga seisneb selles, et keemilise ristsidumise tehnoloogia abil valmistatud materjalidel on mälufunktsioonid. See materjal suudab autonoomselt muuta kuju välise stimulatsiooni mõjul ja taastada oma esialgse kuju, säilitades samal ajal oma esialgse kuju "mälu". See kuju taastav omadus annab sellele materjalile laialdased kasutusvõimalused, näiteks nutikate materjalide rakendused meditsiinis, ehituses, autotööstuses ja muudes valdkondades.

Lisaks saab keemilise ristsidumise tehnoloogiat kasutada ka materjalide omaduste reguleerimiseks ja parandamiseks, andes neile paremad füüsikalised ja keemilised omadused ning termilise stabiilsuse. Sellel tehnoloogial on kõrge arengupotentsiaal ja seda saab rakendada orgaaniliste ja anorgaaniliste materjalide ettevalmistamisel ja muutmisel, mängides aktiivset rolli materjalitehnoloogia valdkonna arengu edendamisel.

Seetõttu on keemilise ristsidumise tehnoloogia väga paljutõotav tehnoloogia, millel on palju eeliseid ja rakendusväärtust. Selle rakendusel on laialdased väljavaated paljudes valdkondades ning see on aidanud kaasa inseneritehnoloogia arengule ja sotsiaalsele progressile. On näha, et peame parandama mälu ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, kuna Cistanche deserticola omab antioksüdantset, põletikuvastast ja vananemisvastast toimet, mis võib aidata vähendada oksüdatsiooni ja põletikulisi reaktsioone ajus, kaitstes seeläbi närvisüsteemi tervis. Lisaks võib Cistanche deserticola soodustada ka närvirakkude kasvu ja paranemist, parandades seega närvivõrkude ühenduvust ja funktsiooni. Need mõjud võivad aidata parandada mälu, õppimisvõimet ja mõtlemiskiirust ning võivad samuti takistada kognitiivse düsfunktsiooni ja neurodegeneratiivsete haiguste teket.

Lühimälu parandamiseks klõpsake nuppu Tea

Termoplastide töötlemine hõlmab viskoossete polümeeride kiiret jahutamist ja tahkumist. Termoreaktiivtöötlus nõuab madala viskoossusega prekursorite reaktsiooni ja töötlemise kiirust piirab reaktsiooni kineetika kiirus.

Nende kahe vahel on termoreaktiivsetel materjalidel tavaliselt suurem mõõtmete stabiilsus ja libisemiskindlus, mistõttu eelistatakse neid struktuursete komposiitrakenduste jaoks termoplastide asemel [28]. Nende polümeeride segamisel saab teatud määral kohandada kujumälu polümeeri omadusi alusega. polümeer, mis tekitab kujumäluefekti, ja muud polümeerid üldise kohesiooni ja deformeeritavuse tagamiseks (näiteks pärast pikenemist takistab teiste polümeeride kristallilisus elastomeeril oma algolekusse tagasi lõõgastuda) [29].

Teised polümeeride eelised materjalidena kasutamisel on nende madal tihedus, lihtne töödeldavus, võime taluda kuni 800% deformatsiooni, vastupidavus korrosioonile või elektrile, nende kerge kaal ja ehitusplokkide lai valik omadusi. need koosnevad [2, 30].

Polümeeripõhised kujumälukomposiidid ja katted peavad samuti arvestama klaasistumistemperatuuri ehk Tg-ga, arvestades, et polümeer on enne seda punkti klaasjas ja mõjutab seeläbi nimetatud komposiidi kujumälu omadusi; selle vastu võitlemine eeldab, et täitematerjal on võimeline inhibeerima polümeeri termomehaanilisi mõjusid; neid termomehaanilisi mõjusid demonstreerivad tavaliselt hõõrdumise vastasmõjud, mis peavad vastu välisele koormusele [21]. Kujumäluga polümeeride puhul sõltub see tavaliselt rohkem klaasistumistemperatuurist, mida tuntakse ka kui Tg, kus faasimuutused toimuvad Tg-st kõrgemal, kus see muutub kummiseks, ja asend seatakse siis, kui polümeer liigub alla Tg asit muutub klaasjaks. 2].

Arvestades, et kujumälu komposiidid nõuavad esmase vormi naasmiseks välise energia kasutamist, on komposiidi soojusneeldumine ja juhtivus vajalikud tegurid, mida tuleb arvesse võtta, sest üldiselt, mida suurem on komposiidi võime neelata või juhtida energiat, annab selle tulemuseks parema kuju taastumise ja nimetatud reageerimisaegade näitamiseks kulub vähem energiat [21].

Kujumälu polümeeride kasutamisel on aga puudusi, kuna funktsionaalsus võib aja jooksul kaduda; seega on vahend sellise tõhususe kadumise vastu võitlemiseks oluline kujumälupolümeeri eluea pikendamiseks ja keskkonnatingimustele vastupidavuse pikendamiseks.

4. Kujumälu komposiidid: polümeerid ja polümeeride segud

Traditsioonilised polümeerid on keskkonna suhtes üsna inertsed, mis tähendab funktsionaalsuse järkjärgulist kadumist aja jooksul [30], eriti mikropragude kujul, mis on kõige tõsisem väljakutse, millega polümeerid pikaajaliste kasutuste korral kokku puutuvad, kuna need lühendavad materjali eluiga ja neid on palju raskem tuvastada või parandada [31].

Seega nõuavad polümeerid teatud vahendeid oma funktsionaalsuse säilitamiseks ja parandamiseks, kasutades selleks kas mõnda välist rakendust või optimaalsemalt polümeerile või polümeeride segule omase omaduse abil; teisisõnu peab polümeeril olema loomupärane võime ise paraneda.

Kuna polümeer on kujumälumaterjal, võib mitmesugustest vallandajatest (nt keemilistest, mehaanilistest või termilistest) tulenev stress põhjustada materjali mehaanilist deformatsiooni ja lisaks aktiveerida paranemisreaktsiooni tekkinud füüsilistele kahjustustele[32]. .

Tavaliselt toimub pragude paranemine termiliste mõjude tõttu ja see algab Tg või sellest kõrgemal. Sellisena on arendus tavaliselt keskendunud efektiivse Tg reguleerimisele soovitud temperatuuriga, mis on tavaliselt madalam kui polümeeri normaalne Tg [31].

Polümeeride iseparanemise saavutamine hõlmab kahte erinevat lähenemisviisi, mis tuginevad eesmärgi saavutamiseks erinevatele keemilistele vastasmõjudele: üks toimub supramolekulaarsete jõudude kaudu ja teine ​​polümeeride segus moodustuvate dünaamiliste kovalentsete sidemete abil. Esiteks on see siiski peamine vahend, mille abil polümeer kleepub. pinnale.

Polümeermaatriksi ja 2D-täiteaine vaheline liidese adhesioon on oluline osa omaduste parandamisest ja võimest saavutada soovitud tulemusi. Tugev liidese side polümeermaatriksi ja 2D-täiteaine vahel annab polümeerkattele kõrge mooduli ja tõmbetugevuse, parandab kõvadust ja suurendab katte vastupidavust rebenemisele, väsimusele ja korrosioonile [17].

Seega nõuab kujumälu komposiidi moodustamine polümeeri ja sulami vahel sideainete, näiteks trimetoksüsilüülpropüülmetakrülaadi, kasutamist, et moodustada ühendus katte orgaanilise ja anorgaanilise faasi vahel, kuna sellise ühenduse puudumine kahjustab üldiseid mehaanilisi omadusi, kuna orgaanilised materjalid ei nakku hästi anorgaaniliste materjalidega [33].

Üks tõhusamaid valikuid korrosiooni tõkestamiseks ja soovitatud valikuteks sideaineteks on polüsiloksaanid. Polüsiloksaanid on hüdrofoobsed polümeerid, mis on võimelised parandama polümeerisegu korrosioonikindlust, piirates vee juurdepääsu metalli/hübriidpolümeerkatte liidesele[17].

Iseloomustab Si-O-Si rühm, mille polümeerahela külge on kinnitatud 104-180 kraadine side, mõjutab sideme nurga vahemik painduvusahelat ja parandab sideme energiat, moodustades aluse märkimisväärsele vastupidavusele ja kuumuskindlusele. et polüsiloksaanidel on [34].

4.1. Polüdimetüülsiloksaan. Üks sagedamini kasutatavaid polüsiloksaane on polüdimetüülsiloksaan, lühendatult PDMS. PDMS-i elastomeerid moodustuvad tavaliselt ristsiduvatest lineaarsetest polümeeridest, mis on takerdunud ja on jäigemad kui tihedate põimude läviväärtus, mis toimivad tõhusalt ristsidemetena [35]; struktuuri leiate jooniselt 5.

Üks meetod, mille abil saab PDMS-i kasutamiseks paremaks muuta, on PDMS-i elastomeeride jäikuse vähendamine, mis vähendaks deformatsiooniks vajalikku energiat. See on kriitilise tähtsusega esemega, millele muidu oleks raske katet peale kanda, paremaks nakkumiseks, ja selle saavutamine tähendaks ristsidemete tiheduse üldist vähenemist. Lahusti kasutamine võib saavutada tiheduse vähenemise, kuid lahusti võib välja leostuda ja potentsiaalselt kahjustada ümbritsevat keskkonda. PDMS-i nihkemoodul ei tohi olla väiksem kui 200 kPa.

Moodustades ristsiduva pudeliharja maatriksi, mitte lineaarse polümeeri, on võimalik takistada takerdumise teket ja moodustada kontrollitav elastsusmoodul, mis võib olla vahemikus 1 kuni 100 kPa, kus moodul vastab lineaarselt ristsiduvate ahelate tihedusele.

Lisaks saab kaomooduli üle olla sõltumatu kontroll; see vähendab kleepuvust, võib olla suhteliselt lihtne toota ja seda saab veelgi häälestada selgroo/külgahela/ristsidumise ahela suhte kaudu, et mehaanilisi omadusi veelgi kohandada [35].4.2.

Polümetüülhüdrosiloksaan. Saadaolevatest polüsiloksaanidest on polümetüülhüdrosiloksaan või lühidalt PMHS eelistatud siloksaan, kuna see on mittetoksiline, õhu käes stabiilne, vastupidav kõrgetele temperatuuridele ja seda saab kasutada redutseeriva ainena karbonüülide alkoholideks muundamiseks [17, 33 ]; struktuuri võib leida jooniselt 6. PMHS-il on madal pinnaenergia ja hea kaasasündinud hüdrofoobsus ning tänu oma anorgaanilistele ja orgaanilistele molekulaarosadele toimib see hea sideainena polümeeride ja metallpindade vahel.

PMHS on kasulik, kuna katte valmistamiseks on vaja mitteorgaanilist lahustit, mis on oluline, arvestades piiranguid lenduvate orgaaniliste ühendite suhtes, mida võib pidada keskkonnale ohtlikeks. Sellest hoolimata on PMHS-i kasutamine korrosioonivastase meetmena suhteliselt haruldane. PMHS-i lisamise tõhusust võib näidata katsega, mille viisid läbi Sun et al. kus apolüaniliin-epoksükattele lisati PMHS.

See vähendas edukalt katte kogu pinnaenergiat, parandas märguvust ja moodustas pinnale väikesed eendid, mis võimaldasid õhukihi moodustumist ja takistasid söövitava lahusega kokkupuudet ja lahuse söövitavate ainete adsorptsiooni, mille tulemuseks oli pinnakatte suurenemine. katte efektiivsus 70 päevani, samas kui kate ilma PMHS-ita oli kestnud vaid 34 päeva [20].4.3. Supramolekulaarsed polümeerid.

Supramolekulaarsetel sidemetel põhineval iseparaneval materjalil on polümeersidemed, mida ühendab kleebiselaadne käitumine, nii et need saavad ühenduda ja uuesti ühendada ning just see kleepuvus annab materjalile tugevuse; Oluline on märkida, et see ei tulene kovalentsetest sidemetest ega ahelate põimumistest.

Need sidemed mõjutavad polümeerisegu tugevust, viskoossust, voolavust ja polümeeriahelate järjestust ning seetõttu on neil seos polümeeri dünaamilise käitumisega. Kui struktuuri kahjustus on tekkinud, on kahjustatud pindade liidesel sidumata supramolekulaarsed sidemed, mis jäävad "kleepuvaks" ja mida on võimalik uuesti kombineerida ja ümber kujundada, et sulgeda kahjustus ja naasta varasemasse kahjustamata olekusse. Supramolekulaarsete sidemete kasutamisel on keskseteks probleemideks taastumiseks kuluv aeg, materjali tugevus ja materjali võime taastada omadused pärast kahjustusi [32].

Mõned näited polümeeridest, mida kasutatakse segus, mis tugineb iseparanemise saavutamiseks supramolekulaarsetele jõududele, on järgmised.4.3.1. Epoksiidester. Epoksüestervaikudel on teadaolevalt head korrosiooni inhibeerivad omadused ja nakkuvus pindadega, kuid nende kasutamine on piiratud nende halva keemilise vastupidavuse ja nõrkade mehaaniliste omaduste tõttu; sellisena on soovitatav neid täiustada, kasutades segamist või kopolümerisatsiooni teiste polümeeridega, mis on võimelised taluma kõrgeid temperatuure, nagu polüuurea või polüsiloksaan [17, 33]; struktuuri esituse leiate jooniselt 7.

Polüuureat kasutatakse tavaliselt laminaatide jaoks hoonetes ja autotööstuses, kus see võib parandada epoksüestri löögi- ja lööklainekindlust [17]. Epoksüestreid piiravad ka nende väga reaktiivsed tsüklid, mis pärsivad polümeerisegude töödeldavust ja muudavad nende valmistamise seega kallimaks.

Üldiselt avatakse epoksüestrite reageerimisel teatud polümeeride tootmiseks epoksü funktsionaalrühmad küllastumata rasvhapete esterdamise teel, moodustades seejärel alküüdiga modifitseeritud epoksüestreid, mille omadusi kontrollitakse näiteks küllastumatuse taseme või ahela pikkusega.

Valmistatud epoksüestri emulsioon dehüdreeritakse seejärel vee aurustamise teel, et ühineda ja moodustada kile, mis kõveneb autooksüdatsiooni või hapnikureaktsiooni kaudu, et tekitada vabade radikaalide ahela mehhanism.

Omaduste tulemus sõltub õliahela pikkusest. Näiteks epoksüestrites sisalduvad pikad õliahelad tähendavad madalamat keemilist vastupidavust, pikemat kuivamisaega ning paremat võimet läbistada ja tihendada halvasti puhastatud pindu, samas kui lühikesed õliketid on kõvad ja rabedad ning heade keemiliste ja keemiliste omadustega. niiskuskindlus [36].

4.3.2. Polüimiid.

Üldiselt eelistatakse polüimiide ​​insenerirakendustes, kuna neil on silmapaistvad mehaanilised omadused, suur termiline stabiilsus, kõrge klaasistumistemperatuur ja madal dielektriline konstant [36]; struktuuri esituse leiate jooniselt 8.

Enamik uuringuid, mis keskenduvad iseparanevatele polümeeridele, on need, mis töötavad madala või keskmise Tg-ga, samas kui kõrge Tg-ga polümeere, mis sobiksid isekasutatavateks kosmose- või reaktiivmootoriteks rakendusteks, ei ole nii hästi uuritud. Polüimiidi kujumäluvariant oleks üks selline polümeer, kuna see on võimeline saavutama kõrget Tg-d, temperatuuridel umbes 218 kraadi, ja iseparanema (mis toimub 243-kraadise temperatuuri juures) madalamate mehaaniliste omaduste ja madalama Tg-ga (235 kraadi) hinnaga. mitteiseparanev variant kui mitteiseparanev variant, kuid see võib olla tingitud polüstüreenist ja mõni muu materjal võib paremini sobida [37].

Polüimiidid on määratletud jäiga heterotsüklitsimiidi funktsionaalrühmaga ja neid on märgata nende elektronirikka lämmastikuaatomi ja nende elektrondefitsiidiga karbonüülrühma vahel, mis paiknevad polüimiidi selgroos [38].

Siiski on polüimiidide kasutamine piiratud niiskuse halva imendumise ja adhesiooni tõttu, mis võib põhjustada liidese rikkeid ja piirab nende katte kasutusiga võrreldes teiste katetega mõõdukama, samuti nende kõrge pinnaenergia ja dielektrilise konstandi tõttu [36, 38 ]. Nende piirangute ületamine tähendab tavaliselt hüdrofoobsete polümeerplokkide sisestamist polüimiidi karkassi või nanoosakeste lisamist maatriksisse, et vähendada polüimiidkatte difusiooni ja suhtelist läbilaskvust [38].

Nanoosakeste kaasamise puuduseks on polüimiidi pinnaenergia suurendamine, mis omakorda vähendab selle adhesiooni, samas kui polümeerplokkide lisamine karkassi võib vähendada lagunemistemperatuuri ja seeläbi töötemperatuuri ning mehaanilisi omadusi [38]. Vastupidavus on seotud polümeerkatte barjääriomaduste säilimisega ja polümeeride puhul kontrollib seda katte kristallilisus.

Katte pinnaenergia vähenemine on seotud katte vastupidavuse suurenemisega [25]. Polüsiloksaane saab kasutada energia hajumise, paindlikkuse ja pinna adhesiooni parandamiseks, kuid kompromissina vähendavad need lõplikku tugevust ja Youngi moodulit; seetõttu nõuab nende mõjude leevendamine peamiselt polüsiloksaani molekulmassi protsendiga manipuleerimist.

Et Youngi moodul jääks tavalise polüimiidi mooduli lähedaseks, peab polüsiloksaani massiprotsent olema vahemikus 10–20%; Väärib märkimist, et elastsus paraneb oluliselt, kui polüsiloksaani kopolümeer on 10-40 massiprotsenti. Üldiselt parandab apolüsiloksaani kinnitamine polüimiidahela karkassi polümeeri üldist töödeldavust, pärsib vee imendumist, muudab polümeeri võimelisemaks nakkuda paljude erinevate pindadega, parandab termilist stabiilsust ja alandab lagunemistemperatuuri koos polümeeri suurenemisega. massiprotsenti polüsiloksaani polümeeris (see näib olevat rohkem seotud polüimiidi vähenemisega). Polüimiid-polüsiloksaanahelate puudusi saab ületada muude kopolümeeride, näiteks polüfenüülsilseskvioksaani lisamisega, mis on soovitatud polümeer, mis võib samuti veelgi parandada polümeerisegu lagunemistemperatuuri.

Estrirühma lisamine imiidkarkassi annab polümeeri suurema paindlikkuse efekti, kuid vähendab klaasistumistemperatuuri, kus kombineeritud polü(ester-imiidi) molekuli klaasistumistemperatuur on 185 kraadi ja edasine analüüs on näidanud, et see kaotab 10 massiprotsenti. % selle massist õhus 300 kraadi juures [33]. Kuna polümeerisegu Tg ei ole segu moodustavate polümeeride Tg tegelik keskmine, tundub, et see toimib rohkem nagu vahemik, mis varieerub sõltuvalt puiste koostisest, segu arhitektuurist ja molekulmassist. polümeerid ja muud tegurid.

At selle vahemiku alumises otsas toimub termiline aktiveerumine, kuid seda takistavad steerilised piirangud, mille raskuse vib mrata komponendi dnaamika suhtelise kiirusega [36].4.3.3. polüuurea.

Polüuurea on poolkristalliline polümeer, mida hinnatakse selle piesoelektriliste võimete tõttu, mida kasutatakse sageli isolaatorina ja millel võib olla kõrge temperatuuri stabiilsus, mille piesoelektriline ekonstant on 15 mC/m2, mis püsib sellisena kuni temperatuurini 200 kraadi [38]; struktuuri esituse võib leida jooniselt 9. Polüimiidiga segamisel võimaldavad segus olevad vesiniksideme doonorid ja aktseptorid lisaks ülimadalale dielektrilisele konstandile, väärtus vahemikus 1,56 kuni 1,94, iseeneslikult kokku koguneda, kusjuures mis tahes vähenemine vastab kontsentratsiooni suurenemisele. polüuurea, mis oleks korrosiooni pärssimisel tohutult kasulik [25,38]; polüimiidi-polüuurea segu kujutist võib näha joonisel 10.

Lisaks tekivad loodud polü(uurea-imiidi) segu puhul eksponentsiaalselt kaks kummist platoo piirkonda, mis on tingitud kahest Tg piirkonnast, mis on põhjustatud polüuurea moolifraktsiooni sisaldusest polüimiidi plokiahelas, mis omakorda suurendab polümeeri säilitusmoodulit.

Kopolümeeride Tg suureneb kõrge Tg-sisaldusega komponendi kontsentratsiooni suurenemisega, kusjuures teravam efekt ilmneb polüimiidile veidi suurema koguse polüuurea lisamisel (väärib märkimist, et imidisatsiooniaste mõjutab seda käitumist vähe, kuna see väheneb polüuurea moolifraktsiooni suurenedes) isekandva, komplementaarse vesiniksideme tulemusena [38].

Selle tulemusena moodustab polüimiid-b-polüuurea katte, mille eeldatav eluiga on 8 aastat, mis on kõrgem kui polüimiidil, tagades parema korrosioonikindluse [25], mida on näha joonistel 11(a) ja 11(b).

For more information:1950477648nn@gmail.com