Корозійностійкі полімерні матеріали з пам'яттю форми, частина 2

Полімери функціонують через потенційну взаємодію реактопластів і термопластів, де реактопласти визначаються своїми хімічними зшивками, які утворюють тривимірну мережу, яка може простягатися на нескінченну довжину, а термопласти не мають взаємопов’язаних хімічних зшивок і мають лише кінцеву довжину.

Хімічне зшивання стосується додавання реакційноздатних хімічних речовин до матеріалів, щоб вони хімічно реагували в певних умовах з утворенням гелю або затверділого матеріалу. Цей метод широко використовується в процесі підготовки різних матеріалів, таких як волокнисті матеріали, пластмаси, гума, покриття тощо, і має широкі перспективи застосування.

Зв’язок із пам’яттю полягає в тому, що матеріали, виготовлені за допомогою технології хімічного зшивання, мають функції пам’яті. Цей матеріал може автономно змінювати форму при зовнішній стимуляції та відновлювати свою первісну форму, зберігаючи «пам’ять» початкової форми. Ця властивість відновлення форми надає цьому матеріалу широкі перспективи застосування, наприклад застосування розумних матеріалів у медицині, будівництві, автомобілебудуванні та інших галузях.

Крім того, технологію хімічного зшивання також можна використовувати для регулювання та покращення властивостей матеріалів, надаючи їм кращі фізико-хімічні властивості та термостабільність. Ця технологія має високий потенціал розвитку та може бути застосована для підготовки та модифікації органічних і неорганічних матеріалів, відіграючи активну роль у просуванні розвитку галузі матеріалознавства.

Тому технологія хімічного зшивання є дуже перспективною технологією з багатьма перевагами та цінністю застосування. Його застосування має широкі перспективи в багатьох галузях і сприяло розвитку інженерних технологій і соціальному прогресу. Можна побачити, що нам потрібно покращити пам’ять, і Cistanche deserticola може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche deserticola має антиоксидантну, протизапальну та антистарільну дію, що може допомогти зменшити окислення та запальні реакції в мозку, тим самим захищаючи здоров'я нервової системи. Крім того, Cistanche deserticola також може сприяти росту та відновленню нервових клітин, таким чином покращуючи зв’язок і роботу нейронних мереж. Ці ефекти можуть допомогти покращити пам’ять, здатність до навчання та швидкість мислення, а також можуть запобігти розвитку когнітивної дисфункції та нейродегенеративних захворювань.

Натисніть Знати, щоб покращити короткочасну пам'ять

Переробка термопластів передбачає швидке охолодження та затвердіння в’язких полімерних розплавів. Термореактивна обробка вимагає реакції низьков'язких прекурсорів, а швидкість обробки обмежена швидкістю кінетики реакції.

Крім того, термореактивні пластири, як правило, мають вищу стабільність розмірів і опір повзучості, що робить їх кращими для конструкційних композиційних застосувань над термопластами [28]. Шляхом змішування цих полімерів можна до певної міри налаштувати властивості полімеру пам’яті форми з основою. полімер, що створює ефект пам’яті форми, та інші полімери для загальної когезії та здатності до деформації (наприклад, після подовження кристалічність, що забезпечується іншими полімерами, запобігає розслабленню еластомеру до початкового стану) [29].

Іншими перевагами полімерів у їхньому використанні як матеріалів є їхня низька щільність, легкість обробки, здатність витримувати швидкість деформації до 800%, стійкість до корозії або електрики, їхня легкість і широкий діапазон властивостей, які є будівельними блоками. вони складаються з [2, 30].

Композитні матеріали та покриття з пам’яттю форми на основі полімерів також повинні враховувати температуру склування, або Tg, враховуючи, що полімер перебуватиме в склоподібному стані до цього моменту і, таким чином, впливатиме на характеристики пам’яті форми зазначеного композиту; протидія цьому вимагала б, щоб матеріал наповнювача був здатний інгібувати термомеханічні ефекти, які демонструє полімер; ці термомеханічні ефекти зазвичай демонструються взаємодіями тертя, які протистоять зовнішнім навантаженням [21]. Для полімерів з пам’яттю форми це зазвичай більшою мірою залежить від температури склування, також відомої як Tg, де фазові зміни відбуваються вище Tg, де він стає гумовим, а положення встановлюється, коли полімер рухається нижче Tg, коли він переходить у склоподібний стан [ 2].

З огляду на те, що композити з пам’яттю форми вимагають застосування зовнішньої енергії для повернення до їх первинної форми, теплопоглинання та провідність композиту є необхідними факторами, які необхідно враховувати, оскільки, як правило, більша здатність композиту поглинати або проводити енергію призводить до кращого часу відновлення форми та менше споживаної енергії для демонстрації зазначеного часу відгуку [21].

Однак у використанні полімерів з пам’яттю форми є недоліки, оскільки з часом функціональність може бути втрачена; таким чином, засіб протидії такій втраті ефективності є важливим для продовження терміну служби полімеру з пам'яттю форми та його здатності протистояти умовам навколишнього середовища.

4. Композити з пам’яттю форми: полімери та полімерні суміші

Традиційні полімери досить інертні до навколишнього середовища, що означає поступову втрату функціональності з часом [30], особливо у вигляді мікротріщин, найсерйознішої проблеми, з якою стикаються полімери при тривалому застосуванні, оскільки вони зменшують термін служби матеріалу та набагато важче виявити або виправити [31].

Отже, полімери потребують певних засобів підтримки та відновлення їхньої функціональності, або за допомогою зовнішнього застосування, або, що більш оптимально, за допомогою властивості, притаманної полімеру або полімерній суміші; іншими словами, полімер повинен мати притаманну здатність до самовідновлення.

Оскільки полімер є матеріалом із запам’ятовуванням форми, напруга, спричинена різноманітними тригерами, такими як хімічні, механічні чи термічні, може призвести до механічної деформації матеріалу та, крім того, може активувати реакцію загоєння на отримані фізичні пошкодження[32]. .

Як правило, загоєння тріщини відбувається через термічний вплив і починається при Tg або вище. Таким чином, розробки зазвичай зосереджені на регулюванні ефективної Tg до бажаної температури, яка зазвичай нижча, ніж звичайна Tg полімеру [31].

Досягнення самовідновлення для полімерів включає два різні підходи, які покладаються на різні хімічні взаємодії для досягнення мети: один – через надмолекулярні сили, а інший – за допомогою динамічних ковалентних зв’язків, утворених у полімерній суміші. Перший, однак, є основним засобом, за допомогою якого полімера з’єднується на поверхню.

Міжфазова адгезія між полімерною матрицею та 2D-наповнювачем є важливою частиною покращення властивостей і здатності відтворювати бажані результати. Міцне міжфазне з’єднання між полімерною матрицею та 2D-наповнювачем надає полімерному покриттю високий модуль і міцність на розтяг, покращує твердість і підвищує стійкість покриття до розриву, втоми та корозії [17].

Таким чином, утворення композиту з пам’яттю форми між полімером і сплавом вимагає використання сполучних агентів, таких як триметоксисилілпропілметакрилат, для утворення зв’язку між органічною та неорганічною фазами покриття, оскільки відсутність такого зв’язку погіршує загальні механічні властивості, оскільки органічні матеріали погано прилипають до неорганічних матеріалів [33].

Одним із найефективніших варіантів інгібування корозії та рекомендованих варіантів сполучних агентів є полісилоксани. Полісилоксани є гідрофобними полімерами, здатними підвищувати стійкість полімерної суміші до корозії, обмежуючи доступ води до межі розділу метал/гібридне полімерне покриття[17].

Характеризується групою Si-O-Si, яка має кут зв’язку між 104 і 180 градусами, прикріпленим до полімерного ланцюга, діапазон градусів кута зв’язку впливає на гнучкість ланцюга та покращує енергію зв’язку, створюючи основу для помітної довговічності та стійкості до тепла що мають полісилоксани [34].

4.1. Полідиметилсилоксан. Одним із найбільш часто використовуваних полісилоксанів є полідиметилсилоксан, скорочено PDMS. Еластомери PDMS, як правило, утворюються із зшиваючих лінійних полімерів, які були переплутані та жорсткіші за порогове значення для щільних переплетень, які ефективно діють як поперечні зв’язки [35]; структуру можна знайти на малюнку 5.

Одним із методів, за допомогою якого PDMS можна покращити для використання, є зменшення жорсткості еластомерів PDMS, що зменшило б енергію, необхідну для деформації. Це має вирішальне значення для покращення адгезії до об’єкта, на який інакше було б важко нанести покриття, і досягнення цього означало б загальне зниження щільності поперечних зв’язків. Застосування розчинника може досягти зменшення щільності, але розчинник може вимиватися та потенційно завдати шкоди навколишньому середовищу. PDMS не може мати модуль зсуву нижче 200 кПа.

Завдяки формуванню зшитої матриці щітки для пляшок на відміну від лінійного полімеру можна запобігти утворенню заплутувань і сформувати контрольований модуль пружності, який може коливатися від 1 до 100 кПа, де модуль лінійно відповідає щільності зшиваючих ланцюгів.

Крім того, може бути незалежний контроль над модулем втрат; він зменшує адгезію, може бути відносно простим у виробництві та може бути додатково налаштований за допомогою співвідношення магістраль/бічний ланцюг/ланцюг зшивання для подальшого адаптування механічних властивостей [35]. 4.2.

Поліметилгідросилоксан. З доступних полісилоксанів поліметилгідросилоксан, або скорочено PMHS, є особливим силоксаном вибору, оскільки він нетоксичний, стабільний на повітрі, стійкий до високих температур і може використовуватися як відновник для перетворення карбонілів у спирти [17, 33]. ]; структуру можна знайти на малюнку 6. PMHS має низьку поверхневу енергію та хорошу вроджену гідрофобність, а завдяки своїм неорганічним та органічним молекулярним частинам діє як хороший сполучний агент між полімерами та металевими поверхнями.

PMHS є корисним, оскільки для приготування покриття не потрібен органічний розчинник, що важливо, враховуючи обмеження щодо летких органічних сполук, які можна вважати небезпечними для навколишнього середовища. Незважаючи на це, застосування PMHS як антикорозійного засобу відносно рідкісне. Ефективність додавання PMHS може бути продемонстрована експериментом, проведеним Sun et al. де PMHS додавали до аполіанілін-епоксидного покриття.

Це успішно зменшило загальну поверхневу енергію покриття, покращивши змочуваність, і сформувало невеликі виступи на поверхні, що дозволило утворити шар повітря та перешкоджати контакту корозійного розчину та адсорбції корозійних іонів розчину, що призвело до збільшення ефективність покриття до 70 днів, тоді як покриття без PMHS тривало лише 34 дні [20]. 4.3. Супрамолекулярні полімери.

Самовідновлювальний матеріал на основі супрамолекулярних зв’язків має полімерні зв’язки, які з’єднуються за допомогою наклейки, тобто вони можуть з’єднуватися та знову з’єднуватися, і саме ця липкість надає матеріалу міцність; Важливо відзначити, що це не походить від ковалентних зв’язків або переплетення ланцюгів.

Ці зв’язки впливають на міцність полімерної суміші, в’язкість, текучість і впорядкованість її полімерних ланцюгів усередині, і тому мають зв’язок із динамічною поведінкою полімеру. Після пошкодження структури на межі пошкоджених поверхонь з’являться незв’язані супрамолекулярні зв’язки, які залишаються «липкими» та можуть бути рекомбіновані та реформовані, щоб закрити пошкодження та повернутися до попереднього непошкодженого стану. При використанні супрамолекулярних зв’язків головними проблемами є час, необхідний для відновлення, міцність матеріалу та здатність матеріалу відновлювати властивості після пошкодження [32].

Нижче наведено кілька прикладів полімерів для використання в суміші, яка покладається на супрамолекулярні сили для досягнення самовідновлення. 4.3.1. Епоксидний ефір. Відомо, що епоксидні ефірні смоли мають хороші антикорозійні властивості та адгезію до поверхонь, але їх використання обмежено через їх низьку хімічну стійкість і слабкі механічні властивості; як такі, рекомендується покращувати їх шляхом використання змішування або кополімеризації з іншими полімерами, які здатні протистояти високим температурам, такими як полісечовина або полісилоксан [17, 33]; представлення структури можна знайти на малюнку 7.

Полісечовина зазвичай використовується для ламінатів у будівлях та автомобільній промисловості, де вона може покращити ударну та вибухову стійкість епоксидного ефіру [17]. Епоксидні складні ефіри також обмежені їх високореакційноздатними кільцями, які перешкоджають переробці полімерних сумішей і, таким чином, роблять їх дорожчими у виробництві.

Загалом, під час взаємодії епоксидних ефірів для отримання певних полімерів, епоксидні функціональні групи розкриваються через етерифікацію ненасичених жирних кислот, щоб потім утворити алкідно-модифіковані епоксидні ефіри, властивості яких контролюються такими засобами, як рівень ненасиченості або довжина ланцюга.

Отриману емульсію епоксидного ефіру потім зневоднюють шляхом випаровування води для злиття та утворення плівки, яка затверджується шляхом автоокислення або кисневої реакції, що викликає вільний радикальний механізм.

Результати властивостей залежать від довжини масляного ланцюга. Наприклад, довгі масляні ланцюги в епоксидних ефірах означають нижчу хімічну стійкість, довший час висихання та покращену здатність проникати та ущільнювати погано очищені поверхні, тоді як короткі масляні ланцюги тверді та крихкі та мають хороші хімічні та вологостійкість [36].

4.3.2. поліімід.

Загалом полііміди віддають перевагу в техніці, оскільки вони мають видатні механічні властивості, велику термічну стабільність, високу температуру склування та низьку діелектричну проникність [36]; представлення структури можна знайти на малюнку 8.

Більшість досліджень, які зосереджуються на полімерах, що самовідновлюються, працюють з низькою або середньою Tg, тоді як полімери з високою Tg, які підходять для саморозгортання аерокосмічних або реактивних двигунів, вивчені не так добре. Варіант полііміду з пам’яттю форми був би одним із таких полімерів, оскільки він здатний мати високу Tg при температурах близько 218 градусів і самовідновлюватися (що відбувається при 243 градусах) за рахунок зниження механічних властивостей і нижчої Tg (235 градусів) для варіант без самовідновлення, ніж варіант без самовідновлення, але це цілком може бути пов’язано з полістиролом, і інший матеріал може краще підійти [37].

Полііміди визначаються жорсткою гетероцикліцимідною функціональною групою та відомі взаємодією їх багатого на електрони атома азоту та їхньої електронно-дефіцитної карбонільної групи, розташованої в скелі полііміду [38].

Однак використання поліімідів, як правило, обмежене через погане поглинання вологи та адгезію, що може призвести до руйнування міжфазної поверхні та обмежує їх більш помірний термін служби покриття порівняно з іншими покриттями, а також через їх високу поверхневу енергію та діелектричну проникність [36, 38]. ]. Подолання цих обмежень зазвичай означає введення гідрофобних полімерних блоків в основу полііміду або включення наночастинок у матрицю як засіб зменшення дифузії та відносної діелектричної проникності поліімідного покриття [38].

Включення наночастинок має недолік у збільшенні поверхневої енергії для полііміду, що, у свою чергу, зменшує його адгезію, тоді як включення полімерних блоків в основу може знизити температуру розкладання, а отже, робочу температуру та механічні властивості [38]. Довговічність пов’язана зі збереженням бар’єрних властивостей полімерного покриття та, для полімерів, контролюється кристалічністю всередині покриття.

Зменшення поверхневої енергії покриття пов’язане зі збільшенням опору покриття [25]. Полісилоксани можна використовувати для покращення розсіювання енергії, гнучкості та адгезії до поверхні, але в якості компромісу вони зменшують кінцеву міцність і модуль Юнга; отже, пом'якшення цих недоліків вимагає перш за все маніпуляції з відсотком молекулярної маси полісилоксану.

Щоб модуль Юнга залишався близьким до модуля простого полііміду, масовий відсоток полісилоксану повинен бути між 10 і 20%; Варто відзначити, що пластичність значно покращується для сополімеру полісилоксану в межах від 10 до 40% мас. Загалом, приєднання аполісилоксану до ланцюга поліімідного ланцюга покращує загальну технологічність полімеру, перешкоджає поглинанню води, робить полімер більш здатним прилипати до широкого спектру поверхонь, покращує термічну стабільність і знижує температуру розкладання при збільшенні температури. мас.% полісилоксану в полімері (це, мабуть, більше пов'язане зі зменшенням полііміду). Недоліки поліімід-полісилоксанових ланцюгів можна подолати шляхом додавання інших кополімерів, таких як поліфенілсилсесквіоксан, який є запропонованим полімером, який також може додатково підвищити температуру розкладання полімерної суміші.

Введення складноефірної групи в імідну основу створює ефект підвищеної гнучкості полімеру, але знижує температуру склування, де комбінована полі(ефір-імідна) молекула має температуру склування 185 градусів, і подальший аналіз показав, що вона втрачає 10 мас. % його маси в повітрі при 300 градусах [33]. Оскільки Tg полімерної суміші не є фактичним середнім значенням Tg полімерів, що утворюють суміш, вона більше схожа на діапазон, який змінюється залежно від складу маси, архітектури суміші, молекулярної маси полімери та інші фактори.

AНа нижній межі цього діапазону відбувається термічна активація, але їй перешкоджають стеричні обмеження, серйозність яких може бути визначена відносною швидкістю динаміки компонентів [36]. 4.3.3. полісечовина.

Полісечовина є напівкристалічним полімером, який цінується за свої п’єзоелектричні властивості, часто використовується як ізолятор і може демонструвати високотемпературну стабільність із п’єзоелектричною константою 15 мКл/м2, яка залишається такою, доки не досягне температури 200 градусів [38]; представлення структури можна знайти на малюнку 9. Якщо змішати з поліімідом, донори та акцептори водневих зв’язків у суміші забезпечують самозбірку на додаток до наднизької діелектричної постійної, значення між 1,56 та 1,94 з будь-яким зменшенням, що відповідає збільшенню концентрації полісечовина, яка була б надзвичайно корисною для інгібування корозії [25,38]; представлення суміші поліімід-полісечовини можна побачити на малюнку 10.

Крім того, для створеної суміші полі(сечовина-імід) дві каучукові області плато виникають експоненціально в результаті двох областей Tg, спричинених вмістом молярної частки полісечовини в поліімідному блок-ланцюзі, що, у свою чергу, збільшує модуль зберігання полімеру.

Tg кополімерів зростає зі збільшенням концентрації компонента з високим Tg, де більш різкий ефект виникає при додаванні дещо більшої кількості полісечовини до полііміду (варто зазначити, що ступінь імідізації мало впливає на цю поведінку, оскільки воно зменшується зі збільшенням молярної частки полісечовини) в результаті самопідтримуючого комплементарного водневого зв’язку [38].

У результаті поліімід-b-полісечовина утворює покриття з очікуваним терміном служби 8 років, вищим, ніж у полііміду, забезпечуючи чудову корозійну стійкість [25], яку можна побачити на малюнках 11(a) і 11(b).

For more information:1950477648nn@gmail.com