Alakmemória korrózióálló polimer anyagok 3. rész

4.4. Dinamikus kovalens kötések.

Röviden összefoglalva, a dinamikus kovalens kötések a klasszikus kovalens kötések, amelyek hagyományos polimereket képeznek, de rendelkeznek azzal a további képességgel, hogy egyensúlyi körülmények között reverzibilisek legyenek, mint például a nem kovalens kötések, ahol a kötések újraképződése másodpercek vagy percek alatt megy végbe [30].

A legújabb kutatások azt sugallják, hogy a dinamikus kovalens kötések kapcsolatban állnak a memóriával. A dinamikus kovalens kötések olyan kémiai kötések, amelyek lehetővé teszik a molekulák változását és egymáshoz való alkalmazkodását. Az ilyen kötések nagyon gyorsan jönnek létre és szakadnak fel, ami lehetővé teszi, hogy a molekulák egymáshoz adszorbeálódjanak, mintha nem is lennének kémiai kötések, ami óriási hatással lehet az anyagokra és a biológiai folyamatokra.

A modern tudomány és technológia fejlődése lehetővé teszi a főbb betegségek és az emberi viselkedés tanulmányozását különböző nézőpontokból. Sok kutató a dinamikus kovalens kötések agyban betöltött szerepére összpontosít. Azt találták, hogy nagyon dinamikus kovalens kötések vannak az agy neuronjai között, és ezek a kötések segítik az idegsejteket az információ gyorsabb továbbításában. Ebből kiindulva a dinamikus kovalens kötések az emberi memória és tanulás fontos szereplőinek tekinthetők.

Ha ezt a fogalmat kiterjesztjük a teljes emberi agyra, akkor láthatjuk, hogy a dinamikus kovalens kötések nagyon fontos szerepet játszanak az emberi intelligenciában és megismerésben. Számos tény arra utal, hogy kapcsolat van a dinamikus kovalens kötések funkciója és a memória között. Az emlékeink száma és minősége határozza meg, hogy milyen típusú és mennyiségű információt tudunk megtanulni és megérteni.

Ezért az embereknek nagyobb hangsúlyt kell helyezniük a dinamikus kovalens kötések fontosságára, és több tudományos kutatást kell végezniük. Ugyanakkor nagyobb figyelmet kell fordítanunk saját egészségünkre és tanulási magatartásunkra, hogy javítsuk tanulási és memóriaképességünket. A dinamikus kovalens kötéseket az egyik kulcselemmé kell tennünk, amelyet az emberek értékelnek, és amelyek fontos szerepet játszanak az emberi agy kognitív funkcióiban és tudományos kutatásában. Látható, hogy javítanunk kell a memórián, a Cistanche deserticola pedig jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche deserticola szabályozhatja a neurotranszmitterek egyensúlyát is, például növelheti az acetilkolin és a növekedési faktorok szintjét. Ezek az anyagok nagyon fontosak a memória és a tanulás szempontjából. Ezenkívül a Cistanche deserticola javíthatja a véráramlást és elősegítheti az oxigénszállítást, ami biztosítja, hogy az agy elegendő tápanyagot és energiát kapjon, ezáltal javítva az agy vitalitását és állóképességét.

Kattintson a Tudnivaló-kiegészítőkre a memória javítása érdekében

Az ezekkel a dinamikus kovalens kötésekkel kialakított hálózatok a hőre keményedő polimerek előnyeivel rendelkeznek, és bizonyos körülmények között hőre keményedőként működnek, de olyan feldolgozhatósággal rendelkeznek, amelyről a hőre lágyuló műanyagok ismertek.

Az előforduló fő hátrány az, hogy a dinamikus kovalens kötések feláldozhatják az anyag kúszási ellenállását, mivel szükségtelen esetben aktiválódhatnak, és így az anyagon belüli kúszást okoznak; ez szabályozható termikus fázisátmeneti hőmérsékletek segítségével a polimerben való rögzítés érdekében, amíg elegendő energia fel nem oldja a zárolást, és kiváltja az alakemlékezetet vagy az öngyógyító hatásokat [28].4.4.1. sziloxán-poli(metil-metakrilát).

A sziloxán-poli(-metil-metakrilát), más néven sziloxán-PMMA, kiváló korrózióálló és tapadó tulajdonságokkal rendelkezik, így kisebb a környezeti hatás, mint a bevonatok, például a kromát alapú bevonatok.

Ezek a szilícium-dioxid-PMMA fóliák nemcsak alacsony előkészítési hőmérsékletükben, olcsó feldolgozási költségükben és homogének megőrzési képességükben mutatkoznak meg nagy felületeken, hanem a vegyszerek, például víz, metanol és etanol által okozott ridegségük miatt is, különösen hőkezelés után [33]. ]; a szerkezet ábrázolása a 12. ábrán található.

Az előkészítés jellemzően vegyszerekkel, például salétromsavval vagy sósavval megsavanyított víz felhasználásával járhat a korrózióállóság fokozása érdekében, de ez a kezelési eljárás a Clionok képződését kockáztatja, amelyek maró hatású anyagokat képezhetnek, és a hibrid magas savassága ehelyett veszélyeztetheti a korrózióállóságot. védje helyett.

A bevonat összetételének megváltoztatása a film képződési jellemzőinek megváltozását eredményezi, ezért környezetbarát prekurzoroldattal környezetbarát bevonatot kell készíteni. A porózus fóliák elősegítik a repedések és folytonossági zavarok kialakulását, amelyek a gát tönkremenetelét okozzák, és csökkentik az általános korrózióállóságot. A hidrofób szilánfilmek jobban védik a fémeket, mivel a gát- és adhéziós tulajdonságok függnek a levegőnek vagy víznek való kitettség idejétől, mivel a Si-O-Si kötések sérülékenyek az expozíció által biztosított hidrolízisreakciókra [34].4.4.2.

Hidrazonok: öngyógyító és formázó memóriaanyagok. Az acilhidrazonok hidrazin- és karbonilvegyületek kondenzációjából képződnek, és sav jelenlétében katalizálódhatnak, hogy C=N-kötéseik pH-érzékenyebbé váljanak [30]; A szerkezet a 13. ábrán látható. Az acilhidrazonok jobban ellenállnak a víznek, mint a aminoknak, és enyhe körülmények között adinamikus molekulának tekinthetők, amely más hidrazonokkal vagy eltérő hidrazinok jelenlétében képes újrakeveredni.

A legfontosabb azonban, hogy érzékenyek a környező környezet pH-jára, ahol képződésüket savak jelenléte katalizálja, és bázisosabb környezetben csökken a képződés. A váltakozó kopolimerek a hidrazonokkal különböző polimer összetételekhez és funkciókhoz juthatnak a monomerek cseréje révén, lehetővé téve a hangolható mechanikai tulajdonságokat.

A sziloxánok távtartóként használhatók rugalmas, lágy hidrazonfilm kialakítására, és ha savban reagáltatják keményebb, merevebb hidrazonnal, a monomerek kicserélődnek a kettő között, és új kopolimer keletkezik, amelynek tulajdonságait a monomercsere sebessége és a monomerek cseréjének módja határozza meg. . Ezenkívül a poliacilhidrazon öngyógyulást érhet el egy polisziloxán egység hozzáadásával, és lehetővé teszi a deformáció helyreállítását több órán keresztül anélkül, hogy melegítésre lenne szükség [30].

4.4.3. Diels-Alder reakciók. A Diels-Alder reakció cikloaddíciós reakción keresztül megy végbe, amelyben egy konjugált dién és egy kettőskötésű dienofil hattagú ciklohexángyűrűt alkot; a legtöbb alkalmazás egy reagenst elektronban gazdag, más néven dién, és egy másik reagenst elektronban szegény, ez az úgynevezett dienofil. Az eredmény egy exoterm reakció; ezért az inverz reakció vagy a retroDiels-Alder reakció endoterm folyamat, és ezért hő szükséges a lefolyásához.

A Diels-Alder reakciók önállóak, és nem igényelnek sem katalizátort, sem más anyagok hozzáadását; mint ilyen, a legtöbb Diels-Alder alapú dinamikus kovalens polimer hálózati polimer [30]; Az általános reakció bemutatása a 14. ábrán található. Diels-Alder cikloadduktokat vagy más olyan molekulákat, amelyek dinamikus kovalens kötéseket képeznek, vagy szupramolekuláris kölcsönhatásokkal rendelkeznek, reverzibilis/dinamikus kölcsönhatásokon keresztül belső öngyógyító, hőre keményedő polimerek előállítására szolgálnak.

Ezek a kémiák lehetővé teszik olyan térhálós hálózatok előállítását, amelyek képesek gyógyítani és javítani a polimer mechanikai tulajdonságait és termikus és kémiai stabilitását. A DA adduktok alacsony hőmérsékleten (90 fokon) képződnek, és kristályosodás és vitrifikáció révén alakmemóriát tárolhatnak a polimer szerkezetében, amelyek termikus úton képesek fizikai fázisátalakulásokat kiváltani, aminek az a bónusza, hogy bezárja a repedéseket, és ezáltal segíti a bevonat gyógyulási folyamatát. A sűrű térhálósítás elősegíti a polimer mechanikai tulajdonságait, de csökkenti a polimer rugalmasságát és gyógyító képességét.

Így a polimer DA-reakcióval történő gyógyítása azt jelenti, hogy újrakezelési folyamaton kell keresztülmenni 120-150 °C-os retro-DA hőmérsékleten, mivel ez részleges kötést okoz, ami fokozza a molekuláris mobilitást; Sajnos ez a folyamat a polimer reverzibilitásának elvesztését és a DA nem hatékony kikeményedésén túl a folyamatos gyógyulást eredményezheti. Feltételezték, hogy az aszziloxán, például a polidimetil-sziloxán (PDMS) poliuretánnal való kopolimerizálása a repedések lezárását, a polimer rugalmasságát és a DA kötések rekonstrukcióját segíti, javítja a mechanikai tulajdonságokat, mivel a PDMS akadályozhatja az uretán kristályosodását. a mobilitás megőrzése [39].

A polisziloxán polimer tulajdonságait szervetlen nanorészecskék beépítésével lehet javítani, és a nanorészecskéket térhálósítóként használhatják fel az öngyógyítás további javítására. A kapcsolószer molekulaszerkezete, a spacer hossza segít meghatározni a Diels-Alder öngyógyító polimerek gyógyító tulajdonságait, mivel úgy tűnik, hogy a hosszú spacer csoportok jobban elősegítik a DielsAlder reakció átmeneti állapotát [40].

Ami az alakmemóriát illeti, a DA kötések a Tg alatt megmaradnak, de aktiválhatók a Tg felett, hogy elindítsák a megszakadt kötések gyógyulását és újjáépítését. A DA-PDMS-PU kopolimer gyógyulási hatékonysága javult a DA polimerhez képest, mivel a rugalmas PDMS szegmensek fokozták a reverzibilis egységek általános rugalmasságát és a gyógyulási folyamat reakciókinetikáját enyhe hőmérsékleten [39].

'

5. Alakmemória kompozitok: Bevonó adalékok

Egy másik szempont, amelyet figyelembe kell venni, hogy a kompozit anyagok felületi rétegének szemcsemérete befolyásolhatja a kompozit tulajdonságait, a rugalmasságtól a húzószilárdságig; mint ilyen, a kompozit alkalmazáshoz megfelelő anyag kiválasztása kulcsfontosságú egy új alakmemóriájú kompozit tervezésénél. 22]. Így a töltőanyagok hozzáadása eszközül szolgálhat a polimer kompozit további javítására; bizonyos típusú töltőanyagok a 3. táblázatban láthatók.

A vezetőképes töltőanyagok különösen fontosak az alakmemóriás polimereknél, mivel a polimerek nagyon alacsony hővezető képességgel rendelkeznek, valahol {{0}},15 és 0:3 W/m∗ K között van, ami jobb szigetelőt tesz lehetővé így a vezetőképes töltőanyagokat a polimer kompoziton belüli tömegszázalékukkal arányos nagyobb vezetőhatással adják hozzá.

Az ilyen töltőanyagoknak azonban van egy hátránya, mivel gátolhatják az alakváltozást és a visszanyerést a tisztább alakmemóriájú polimerekkel szemben; ez a hatás nagyobb részecskék esetén még kifejezettebb [21]. Például a szilícium-szén és szilícium-oxid töltőanyagok hozzávetőleg 40 tömeg%-a gátolja az alakmemóriájú kompozit azon képességét, hogy teljesen felépüljön a deformációból [5].

A szén töltőanyagok több lehetséges nanorészecskét képeznek, amelyek töltőanyagként használhatók a mátrixon belül, számos jelentős széntöltőanyag a korom, nanocsövek vagy grafén [2, 4, 5]; Az agrafén-polimer kompozit rajza a 15. ábrán látható. A grafén hasznos polimer bevonat töltőanyag, részben alacsony tömegsűrűségének, nagy modulusának és nagy szilárdságának köszönhetően, valamint javíthatja a bevonat korrózióállóságát, mivel át nem eresztő. gázok vagy folyadékok, amelyek korrodálhatják a bevonat alatti fémet; az ultravékony nanoréteget még védőfóliaként is sikeresen tesztelték.

A grafén nagyon átlátszó, így a bevonatok megőrzik a fém optikai tulajdonságait; ezenkívül nagy felülettel rendelkeznek, és elősegítik a nagy tapadást a nanotöltőanyag és a mátrix között [17]. A grafén akár 400,{2}} térfogat%-kal is képes javítani a gumiplató modulusát, ha poliimid kompozithoz adják, és javíthatja Young modulusát, a végső szilárdságot és az üvegesedési hőmérsékletet, ha más polimer kompozitok kialakításához használják.
Ha aggodalomra ad okot, az az, hogy a felületi tulajdonságokat a kívánt alkalmazáshoz kell igazítani, mivel a felületi töltés, a hidrofil és a nedvesíthetőség, amely a grafén bevonásával megváltozik, befolyásolja a sejttapadást és a polimer teljesítményét az alkalmazott felület tekintetében [41]. ].

A szén nanocsövek ezzel szemben erősíthetik és fokozhatják az alakmemória-effektusokat, javíthatják az elektromos alapú alakmemória-visszaállítást, és felhasználhatók összetett kompozit rendszerek létrehozására, amelyek speciális célokra hangolhatók, és javíthatják az alakmemória-polimer reakcióképességét. [4]. A fémeket és oxidformáit gyakran választják az elektronikai eszközök gyártása során [5], és vezetőképességük miatt egyesekre, például a ferritre, még mágnesek is hatással lehetnek.

Ez lehetővé teszi az alakmemória átalakítását, mivel a fém részecskék hőt termelhetnek, ha nagyon erős mágneses térnek vannak kitéve. Ha van egy nagy hátránya, az az, hogy a polimerek és a fémek eltérő határfelületi tulajdonságokkal rendelkeznek, ami némileg összeférhetetlenné teszi őket töltőanyagként való felhasználásukkal. Ezenkívül érdemes megjegyezni, hogy a töltőanyag elrendezése a polimerre is hatással lehet.
Például szén nanocsövek hozzáadásával egy hőre lágyuló alakú memóriapolimerhez a szén nanocsövek a polimerre kifejtett erő irányához igazodnak. Ez megváltoztatta az általános alakstabilitást, befolyásolta a polimer állandó alakjának helyreállítását, és megváltoztatta a kristályos eloszlást a polimer mátrixon belül [42]. Az öngyógyító alakmemória-hatások nem elégségesek, ha mély vágásokra alkalmazzák, és mint ilyenek más korróziómegelőzési módszerek alkalmazását teszik szükségessé [43]. A korróziómegelőzés fokozásának egyik leggyakoribb megközelítése a korróziógátló anyagok beágyazása a mátrixba; ezek gyógyító szerekként működhetnek, és ezáltal bármilyen hibába beszivároghatnak, lehetővé téve a korrózió elnyomását.

Az inhibitorokat tartalmazó bevonatoknál a gyógyulást a korrózió gátlása és a bevonat azon képessége határozza meg, hogy javítsa a mátrix gát tulajdonságait, és ezért visszafordíthatatlan reakciók, és a mátrixban található inhibitorok mennyisége korlátozott, mivel a nagy mennyiségek a mátrix kívánt tulajdonságainak elvesztéséhez vezetnek. A bevonat mátrix mobilitása biztosítja a bevonat korrózióvédelmének helyreállítását, és általában hő vagy fény használatával indul be. A Tg feletti hevítés lehetővé teszi a fizikai lezárást, mivel a bevonat lágyítaná és kiváltaná az alakmemória hatásokat, és ezáltal részben visszaállítja a záró tulajdonságokat; ezt a folyamatot tovább fokozhatja egy korrózióérzékelő komponens, amely képes a sérülések lokalizálására és gyógyítására, vagy legalább a további lehetséges károsodások megelőzésére [44].

Egyes korróziógátlók közé tartozik a benzotriazol, a 8-hidroxikinolin vagy az arecérium alapú inhibitorok. A korróziógátlók a károsodás után kimosódnak, és zárófilmet képeznek a szabaddá tett felületen. A korróziógátlók magas koncentrációja növeli a korrózióállóságot, de csökkentheti a mechanikai tulajdonságokat. Úgy tűnik, hogy a korróziógátlók nem befolyásolják azt a sebességet, amellyel a víz behatol a mátrixba; mint ilyenek, a gyógyult sérülések továbbra is lehetővé tehetik a korrózió kialakulását, különösen azokon a területeken, ahol egykor sérülés történt [24].

Az inhibitorokat általában 6-8 évre tervezték, vagyis legalább a következő karbantartási időszakig. A szerves bevonatok jellemzően hibákon keresztül szívják fel a vizet a bevonat pórusaiba, így az inhibitor pigmentek szétválhatnak és feloldódhatnak [45]. A triazolt és a tiazolt általában korróziógátlóként használják alumíniumhoz, különösen a mérgező króm alapú korróziógátló szerek helyett. 2-A merkaptobenzotiazolt (MBT) előnyben részesítik, mivel adszorbeálja az alumíniumötvözet felületeit, és vékony, védőfilmet képez; azonban az MBT és más korróziógátlók nem működnek jól polimer bevonattal, mivel deaktiválhatnak, és nem biztosítják a kívánt korrózióvédelmet [46].

A kromát bevonatok az alapszintű korróziógátló, és a magas szint lassíthatja a repedések növekedési sebességét, de környezetre károsnak tekinthető [45]. Mikro- vagy nanokapszulák hozzáadásával a tartály méretétől függően, vagy ha a tartály nem kompatibilis a mátrixszal, csökkenthető a záró tulajdonságok. A kívánt triggermechanizmus nagy szerepet játszik abban, hogy az inhibitort miként kapszulázzuk be, a mátrix és az inhibitor típusa mellett.

Az aktiválás általános módszerei a pH helyi megváltoztatása, a mechanikai törés és az ioncsere. Az ioncsere a korróziógátló anionokat tartalmazó tartályokban megy végbe, amelyek felszabadulnak, ami lehetővé teszi, hogy agresszívebb anionok, például klorid, helyettesítsék őket [46]. Ha az inhibitort összekeverjük a bevonattal, az inhibitor feloldódik az oldatban és mikropórusokat hoz létre, amikor az oldatot bevonatként alkalmazzuk.

A fém-szerves vázak a kapszulázási eljárások egy olyan fajtája, ahol a fémionokat szerves összekötő anyagok kötik össze; úgy működnek, hogy felszabadítják az inhibitort, és adszorpciós réteget képeznek a szabaddá tett felületen, majd maga a fém-szerves váz akadályozza meg az elektrolitok behatolását vagy a további korróziót az érintett területen. Bármely kapszula kulcsfontosságú kívánatos képessége az inhibitorok szabályozott felszabadulása, hogy ne fogyjon ki idő előtt a korlátozott hatóanyagot, ezáltal hosszabb élettartamot biztosítva a bevonatnak az alkalmazás során [47].

A korróziógátlók megfelelő tárolása csökkenti a szivárgást, megakadályozza, hogy az inhibitorok kölcsönhatásba lépjenek a mátrixszal, és javítható a benne tárolt inhibitorok mennyisége. Általában a korróziógátlók számára előnyben részesített tartályok olyan nanorészecskék, amelyek nagy nanoüregekkel, nagy felülettel rendelkeznek, nagyon stabilak és alacsony sűrűségűek. Az üreges tartályok sokkal jobban képesek nagy mennyiségű inhibitor tárolására, mint más hordozók. A tipikus tárolóanyagok a kalcium-karbonát, titán-oxid, halloysitenanocsövek, mezopórusos szilícium-dioxid és cérium-oxid.

A legtöbb kioldási módszer jellemzően kémiai károsodás vagy pH-változás miatt vált ki, mivel ezek a fémek károsodásának gyakori okai. A szervetlen tartályok előnye, hogy könnyebben eloszlathatók a polimer mátrixban, és maguk is további korróziógátló tulajdonságokkal rendelkezhetnek [48]. A gyógyító anyagot tartalmazó kapszulák szétoszlanak a polimer mátrixban, aminek következtében a mátrix károsodása kiválthatja az öngyulladást. gyógyulást azáltal, hogy polimerizációt idéz elő a kapszulában lévő anyagokból.

Az ilyen kapszulák kívánatos tulajdonságai a hosszú eltarthatósági idő, a szerkezeti stabilitás fenntartásának szilárdsága az öngyógyulásig, valamint az a képesség, hogy kiválóan kötődjenek a gazdamátrixhoz. A szubmikron és nanokapszulák fejlesztése lehetővé teheti a kisebb intersticiális térközt. A szemcsés töltőanyagok jelentősen befolyásolják az anyag mechanikai tulajdonságait, és a töltőanyagtól függően esetenként előnyösen befolyásolhatják a polimert, például növelik a törési szívósságot; máskor negatívan hathatnak, például csökkentik a rugalmassági modulust vagy a végső szakítószilárdságot (ezek a negatív hatások a nagy kapszulák kapszulakoncentrációjának növekedésében jelentkeznek) [49].

A gyógyító szereket tartalmazó mikrokapszulák vagy tubusok beépítésének fő előnye a vágás minimális anyagmennyiséggel történő lezárása; a szálak ugyanazon a szinten tudnak működni még ismételt használat után is, köszönhetően a korlátozott regenerálódásnak, ami az új feszültségprogramozást eredményezi. A feszültség-visszanyerés segítségével kikényszeríthető a mátrixon belüli repedés vagy vágás lezárása [50]. A mikrokapszulákat előnyben részesítik a rövid távú korrózióvédelem érdekében.

Sérülés esetén a mikrokapszula lebomlik, ami lehetővé teszi, hogy a gyógyító szer reakcióba lépjen a fémhordozóval, és egy passziváló konverziós réteget képezzen; ez időt biztosít a gyógyuláshoz, és megakadályozza a további korróziót.

Ez azt jelenti, hogy a gyógyulás egy kétlépéses folyamat, amelyben a mikrokapszulák szétoszlanak, és egy passziváló réteget képeznek, amely javítja a hordozó tapadási szilárdságát és korrózióállóságát, és onnantól kezdve a mátrix felmelegíthető, hogy beindítsa az alakmemória hatást, és lezárja a sérült területet. 51]. A katalizátor kapszulázása, ahol van iniciátor pellet és gyantaszemcse, képes öngyógyulást indukálni egy polimer kompozitban; ezt polidimetil-sziloxánban sikeresen tesztelték. A boroszilikátból készült üreges üvegszálak kapszulákként működhetnek a folyékony gyógyulás visszatartására A szerek az eredeti hajlítószilárdság 97%-át képesek visszaállítani, térfogatonként jobban képesek tárolni a gyógyító anyagokat, és használhatók a sérülések vizuális észlelésére, de az ilyen szálak korlátozottak, mivel először szét kell őket törni a A szálak hő hatására kitágulhatnak, ami a mátrix károsodásához vezethet [52].

Egy másik javasolt korróziógátló bevonóanyag a nagy oldalarányú töltőanyagok, például agyag-adalékanyagok. Az egyik érdekes agyag a montmorillonit agyag, egy nátrium-agyag, amelyet szervesen módosítottak, ami jobb kompatibilitást és nagyobb erősítést eredményez a polimer mátrixokkal; 2D kristályszerkezettel rendelkezik, amelyet két szilícium-dioxid tetraéderes lap között egy oktaéderes alumínium-oxid lap hidratál; ezek az egymásra rakódó rétegek van der Waals-réseket eredményeznek [53]. A montmorillonit agyag (a 16. ábrán látható) pozitív töltésű, amely polimer bevonathoz adva alkálifémek adszorbeálásával kompenzálja a negatív töltést az agyaglemezkékre, ami hidrofil réteget hoz létre. agyag formája, amely vízben stabilan szuszpenziót tartalmaz.

Egy bizonyos koncentrációponton ezek az agyagszuszpenziók nagyon viszkózus gélt képeznek a vízben, ahol a térfogati töltés elakad, vagy agyagrészecskék átszivárgott hálózata van, amely a gél pszeudo-szilárd viselkedésével megfigyelhető; érdemes megjegyezni, hogy a polimer-agyag nanokompozitok a kritikus agyagkoncentráció elérése után is képesek gélesedést mutatni. Ha a polimer bevonathoz adják, a montmorillonit agyagot organofilebbé kell tenni az alkálifémek kationos felületaktív anyagokkal történő helyettesítésével, amelyek jellemzően primer, szekunder, tercier és kvaterner alkil-ammónium-ionok, mivel a nem poláris polimerek megerősítése szükségessé teszi kompatibilizáló szerek hozzáadását.

A polimer-agyag nanokompozitok mechanikai, fizikai és termikus tulajdonságai javíthatók az agyaglemezkék mátrixban való diszperziója és hámlása révén[54]. Pontosabban, a töltőanyagok lehetővé teszik, hogy a polimer magasabb modulust, növelje a hőstabilitást és vezetőképességet, jobb legyen az oldószerrel szembeni ellenállás és az ionvezetőképesség, valamint javuljon az önpassziválás és a gátlási tulajdonságok [53]. Úgy tűnik, hogy az agyagnak a polimer mátrixba való bevonása Abell görbével rendelkezik, mivel egy 1 tömeg% agyagot tartalmazó polimer korróziós áramsűrűsége egy nagyságrenddel kisebb, mint az agyag nélküli polimeré, de eléri a tömegértékkel azonos értéket. Az agyag %-a eléri a 10%-ot.

Az alacsony értékű bevonatok (0 és 2 tömeg% agyag között) a sima polimer bevonathoz képest megnövekedett impedanciát mutatnak, de jelentősen csökken, ha az agyag tömegszázaléka eléri a 2 tömeg%-ot vagy annál nagyobb, az agyag aggregálódása és agglomerálódása miatt. a mátrix [54]. Ezenkívül az agyagnak a polimerbe való bevonása javítja a polimerizáció sebességét és a polimerizáció mértékét, miközben javítja a feldolgozhatóságot is, mivel a kondenzációs polimerizáció csökkenti a reakcióoldat viszkozitását [53]. A polimer láncok mozgását akadályozza az agyag a mátrixon belül, és az agyag kisebb porozitást és nagyobb merevséget biztosít, mivel a polimerláncok fizikailag összegabalyodnak [54]. A polimer kompozitok teljesítménye a mátrixban diszpergált töltőanyagtól függ; így a töltőanyagok adagolásakor az egyik fő szempont az anyag olyan diszperziója, amely megakadályozza az agglomerációt [53].

6. Tervek

Az alakmemória effektusok elősegíthetik az öngyógyítást azáltal, hogy közelebb húzzák egymáshoz a repedezett felületeket; ezt úgy érhetjük el, hogy alakmemória rendszert ágyazunk be vagy kombinálunk a polimerbe. Ilyenek például az apolimerbe burkolt huzalok, ahol, ha repedés keletkezik a polimerben, a huzal által keltett alakmemória hatás a repedés bezárulására kényszeríti, és a polimerben elhelyezkedő kapszulák felszabadíthatják a polimer öngyógyító vegyszereket, hogy lezárják a repedést, így mindaddig, amíg a repedés olyan területen van, ahol a vezeték ki tudja fejteni az alakmemória hatást [55]; egy példa a 17. ábrán látható.

Az öngyógyulást általában hő indukálja, ami azt jelenti, hogy a súrlódási folyamat, amely elegendő hőt tud termelni ahhoz, hogy a polimert viszkoelasztikus olvadékállapotba hozza, lehetővé teszi a polimer újrakötését és helyreállítását. A hőre keményedők hevítés által kiváltott gyógyulása az el nem reagált polimercsoportok térhálósításán alapul, ahol a melegítést addig alkalmazzák, amíg a benne lévő molekulák egymásba diffúzióba nem tudnak lépni, és ezáltal lehetővé teszik a maradék csoportok reakcióját. A hőre keményedő gyógyító szerekkel szemben támasztott követelmény, hogy reverzibilisen kötődjenek a térhálósított hálózathoz, miközben a gyógyulási hőmérséklet alatt vannak (a mechanikai tulajdonságokra gyakorolt ​​esetleges hatások minimalizálása érdekében), de a gyógyulási hőmérséklet felett mozgékonyakká válnak, hogy lehetővé tegyék a repedésen keresztüli diffúziót, és A lineáris láncmolekulák hozzáadása nem befolyásolja a mátrix mechanikai tulajdonságait.

Ha a repedések és a szilárdságvesztés molekulák törésének vagy más atomi szintű elváltozásoknak a következményei, akkor a javulásnak az említett molekulák rekombinációja során kell végbemennie, vagy más szóval fordított reakciónak kell bekövetkeznie. A polimer károsodása minimálisra csökken, ha a visszanyerési sebesség ugyanolyan ütemben megy végbe, mint a romlás, de magas hőmérséklet szükséges ahhoz, hogy az öngyógyulás megtörténjen a reverzibilis kémiai kölcsönhatások révén. Ha az öngyógyítást külső eszközökkel alkalmazzuk, akkor nem a mátrix gyógyítja önmagát, hanem a kapszulázott gyógyító szerek, amelyek vagy "csővezeték" vagy mikrokapszula formájában tárolódnak, megsemmisülnek, és az említett szerek egészséges repedésig szabadulnak fel. [31].

Meg kell jegyezni, hogy ha a hőmérséklet meghaladja azt, amit a polimer képes meggyógyítani, az a polimer károsodását okozza, és többé nem működik megfelelően. Ezenkívül a polimer bevonat olyan hibája, amely lehetővé tenné az alatta lévő fémen korrózió kialakulását, a bevonat adhéziójának elvesztéséhez és a fém épségének csökkenéséhez vezethet. A kémiai reakciófolyamat által végzett öngyógyítás hajlamos olyan mellékreakciókra, amelyek csökkenthetik a gyógyító vagy az alakmemória tulajdonságait. Az alakmemóriás polimerek fizikai-kémiai mechanizmusai számos módszerrel visszafordíthatják a feszültség vagy húzódás által előidézett mechanikai deformációt, a legnépszerűbb és legegyszerűbb az anyag melegítése anélkül, hogy kémiai reakcióra lenne szükség.

Ez az eljárás kihasználja a polimerben található többszörös üvegesedési hőmérséklet (Tg) vagy olvadási hőmérséklet (Tm) előnyeit, mivel a polimer részben megolvad és később megszilárdul, de a blokk egy másik része megőrzi szilárd formáját, lehetővé téve mindkét törzs regenerálódását. és az alak megtartása [19]. Amint korábban említettük, az átalakulásokat egy alakmemóriás ötvözetben melegítéssel indukálják; ez aggodalomra ad okot az alakmemóriás polimerek korrózió elleni védelemként való alkalmazása miatt, mivel ezek eltérő hőmérsékletűek az átalakulást indukálva. Ezt az aggodalmat enyhítheti az a korlátozás, hogy a legtöbb jelenlegi alakmemóriaötvözet átmeneti hőmérséklete 100 fok alatt van; így a polimerek a korróziógátló eszközként működhetnek [11].

Például a legtöbb DA addukt 90 fok körüli vagy az alatti hőmérsékleten képződik, és 110 és 130 fok közötti hőmérsékleten disszociál. A furán/maleimidet tartalmazó DA-kopolimerek gyógyulási folyamata 120-150 fokos hőmérséklet-tartományban megy végbe, mivel ez részleges kötést vált ki, és ezáltal fokozza a molekuláris mobilitást [39]. Ezért a polimerek megfelelhetnek az alakmemóriájú ötvözetek hőmérséklet-tartományának, és gyógyulást indukálhatnak ezen a tartományon belül; A probléma ekkor a finomhangolás az alakmemória effektus által a polimer és az ötvözet esetében érvényesülő hőmérséklethez.

Számos módszer létezik ennek a folyamatnak az előidézésére, az egyik legegyszerűbb a polimerek keverése, mivel általában a polimerkeverék Tg-jének növelése követi a magasabb Tg-tartalmú kopolimer koncentrációjának növekedését [38]. Alternatív megoldásként a távtartók polimerbe való beépítése befolyásolhatja a Tg-t, mivel például az apolikaprolakton alapú polimer anyag olvadáspontja vagy Tm értéke 51,7 °C, de a távtartók hozzáadása 49,6 °C-ra csökkenti.

Ezenkívül a távtartó egységek késleltethetik a polimer kristályosodását vagy fokozhatják a kristályosodást olyan polimerek jelenlétében, amelyek képesek hidrogénkötésű kristályos szegmenseket képezni, mint például a polikarbamid [19]. Más anyagok, például szén nanocsövek vagy grafén nanotöltőanyagok szintén befolyásolhatják a polimer keverék Tg-jét, mivel például 1 tömeg% grafén hozzáadása egy epoxi-észter-sziloxán-karbamid polimer keverékhez 95-ről 115 fokra növelheti a Tg-t. a 18(a)–18(c) ábrákon látható grafikonon [17]. Ha a veszteségi tangens maximuma, a tan δ fellép egy hőmérséklet-tartományon keresztüli átmenetre, ez tekinthető a polimer anyag Tg-jének. , mivel a molekulák mikroszkopikus szintű változásához szükséges hőenergiára vonatkozik [56].

Ezért a grafén hozzáadása növelheti az anyag Tg-jét, de ez nem teljesen egyértelmű, mivel úgy tűnik, hogy a hozzáadott tömegszázalék eltérő módon befolyásolhatja a polimereket, amint az a fenti grafikonokon látható. A fő tan δ maximumok láthatók; A grafikon(c) a másodlagos tan δ maximumokat mutatja, és ez az elsődleges szempont, és viszonylag egyszerű, mivel a grafén tömegszázalékának 0-ról 2 tömeg%-ra történő növelése a Tg 95-ről körülbelül 120 fokra történő növekedését eredményezi. Ezzel szemben a(b) grafikon az első tan δ maximumokat mutatja, ahol úgy tűnik, hogy a grafén hozzáadása a Tg-értéket is csökkenti, amit az is mutat, hogy 1 és 2 tömeg% is alacsonyabb Tg-értékkel rendelkezik; azt is érdemes megjegyezni, hogy a tömeg% növelésével a Tg közelebb kerül a tiszta polimeréhez [17]; ez könnyebben látható a 4. táblázatban. A piacok olyan magas hőmérsékletű alakmemóriaötvözetek kifejlesztése felé törekednek, amelyek képesek 100 foknál jóval magasabb átalakítási hőmérsékletekre.

A 100 foknál nagyobb stabil anyagok kialakítására irányuló kísérleteket azonban meghiúsítja az a probléma, hogy a nagy mennyiségű hőenergiának való kitettség befolyásolja az anyagban lezajló sebességtől függő folyamatokat, és ezáltal befolyásolja a mikroszerkezeti stabilitást, a deformációval szembeni ellenállást, a regenerálódást és a környezeti ellenállást. [11]. A fejlesztéseknek megfelelt a magas hőmérsékletű alakmemóriájú polimerek kifejlesztése; Ilyen például egy öngyógyuló, magas hőmérsékletű poliimid, amelynek működési hőmérséklete 243 fok, ha polisztirol van beépítve a polimerbe [37]. Természetes, hogy újabb megközelítéseket fejlesztenek ki, amelyek tovább javíthatják az alaki memória alkalmazási lehetőségeit. polimerek.

Érdemes megjegyezni, hogy olyan környezetben, ahol az anyag alacsony hőmérsékletű körülmények között fordulhat elő, előfordulhat, hogy az öngyógyulás nem következik be, vagy nem megfelelő a kapott károsodáshoz; így az ilyen környezetben, ahol alkalmazható, olyan szerek alkalmazását tenné szükségessé, amelyek képesek az anyagot önmelegíteni a kívánt hatások eléréséhez. Ezért ki kell találni egy másik eszközt az öngyógyítás elindítására; Ennek egyszerű módja az infravörös sugárzás, a mikrohullámú sugárzás vagy a sugárzás egyéb formái, a választott anyagtól függően, bár ez akár szobahőmérsékleten is előfordulhat [52].

Előnyös, ha mikrohullámú vagy infravörös sugárzással az öngyógyító mechanizmust aktiválni lehet távolról és csak egy meghatározott területen anélkül, hogy a környező felületet érintené, szinte azonnali hatást gyakorolva, a fény felkapcsolásától a kikapcsolás pillanatáig [57]. Bár nem egészen rokon az alakmemória-ötvözetek, a mikrohullámú vagy infravörös sugárzás, az alakmemória-polimer-visszaállítási viselkedés kiváltó mechanizmusaként is szolgál, és mivel energiahatékonyak, olcsók és gyorsan kiváltják a helyreállítási viselkedést, rendkívül vonzóak más alakmemória-alkalmazások számára [ 58].

Az infravörös vagy mikrohullámú sugárzást aktiváló alakmemóriát használó polimerek általában fényérzékeny töltőanyagokat, például fém nanorészecskéket vagy konjugált polimereket, valamint vezetőképes töltőanyagokat, például grafént vagy szén nanocsöveket termikusan aktivált alakmemória polimerekké alakítanak ki, hogy kiváltsák az anyagból a kívánt regenerációs viselkedést [2, 52 , 57, 58]. Például a többfalú szén nanocsöveket poliuretán mátrixban osztották el, ami a sima poliuretánhoz képest a maximális nyújtási feszültséget 120%-kal, a visszanyerő erőt 100%-kal, a szakítószilárdságot 24%-kal javította; Ezenkívül lehetővé tette a mikrohullámot, hogy aktiválja az alakmemória effektust a poliuretánban [2].

Ezeknek a polimereknek, amelyek aktiválják az öngyógyító mechanizmusaikat mikrohullámmal vagy infravörös sugárzással, felhasználhatók felületi bevonatok, elektronikus eszközök vagy más biológiai felhasználások, és különösen figyelemre méltóak az űrrepülésben való lehetséges felhasználások szempontjából [2, 52]. Egy másik figyelembe veendő tényező a tipikus öngyógyító polimerek szívóssága, amelyek rosszabbak, mint a kovalens polimer hálózatok, mivel reverzibilisen képesek kötéseket kialakítani, vagy más szóval megbontani és megreformálni polimer hálózataikat, hogy elérjék gyógyító képességüket.

Ha egy állandó, kovalens hálózatot be lehetne vezetni egy reverzibilis hálózatba, akkor a mechanikai tulajdonságok javíthatók. Jellemzően így hidrogélt képeznek, de hatalmas mennyiségű vizet tartalmaznak, ami miatt alkalmatlanok bevonóanyagként, mivel kimoshatják vagy korrodálhatják az anyagot, és befolyásolhatják annak általános tulajdonságait. A kovalens és reverzibilis polimer hálózatok közötti reverzibilis térhálósítás nehéz, mivel a térhálósított anyagok nem elegyednek, és általában társoldószereket igényelnek a keveréshez; "száraz" polimerhálózat kialakításának kísérlete gyakran viszkoelasztikus fázisszétválást eredményez.

A "száraz" hálózat kialakításának egyik figyelemre méltó kísérlete olyan véletlenszerűen elágazó térhálós polimerek gyártása, amelyek a permanens kovalens térhálósítások mellett képesek reverzibilis hidrogénkötést is támogatni, ami molekuláris szinten kényszeríti a keveredést viszkoelasztikus fázisszétválasztás vagy társoldószerek szükségessége nélkül. Ez diaminok és akrilsav kombinációjából jött létre, amely szupramolekuláris hálózatot alkot amid-amid vagy amid-karboxil kapcsolatokkal. A hibrid elasztomer anyag kis deformációi csak a hidrogénkötések megszakadásához és újraképződéséhez vezetnek, a nagyobb deformációk pedig makrorepedezést okoznak 1-től 1000 μm-ig terjedő skála, amely megőrzi az anyag integritását, és törési energiája 13 500 J/m2, ami a természetesgumihoz hasonlítható.

Az öngyógyulás szobahőmérsékleten megtörténhet, és a helyreállítás utáni szakítószilárdsága a legtöbb más elasztomerhez hasonló 4 MPa-nál. Sajnos az alakmemóriás anyagok korróziógátlását fontolóra vevő alkalmazások korlátozottak lennének, mivel a polimer hálózat Tg-értéke 4-14 fok, és szobahőmérsékleten gumiszerű elasztomerként működik, és így bizonyos tulajdonságainak módosítását és feláldozását igényelné, hogy működjön. bevonatként [59]. Az alakmemória kompozitok másik fejlesztése a hármas alakú memória kompozitok lennének.

Ezek a polimerkompozitok két másik ideiglenes formává változhatnak, mielőtt visszaállnának az elsődleges, állandó alakba, amikor helyreállási viselkedésük kivált, így sokkal jobban hajtanak végre összetett helyreállítási mozgásokat, mint a hagyományosabb memóriakompozitok. Ezeket az átmeneti szakaszokat vagy egy hőmérséklet-sorozaton keresztül, amelyben alakot vált, vagy egy egyedi hőmérsékleti értékkel, amelyben a változások bekövetkeznek [60]. A polimeren belüli lépéses átmeneti viselkedés az, ami befolyásolja azoknak az ideiglenes pozícióknak a számát, amelyeket a polimer felvehet az alakmemória ciklusán belül, ami azt jelenti, hogy a polimerkeveréken belüli átmeneti hőmérsékletek száma befolyásolja a felvehető alakok számát, és ezért négyszeres vagy nagyobb alakra utal. alakmemória kompozitok kivitelezhetőek lehetnek. Ennek megvalósításának alapvető megközelítése egy olyan polimer, amely egyedülálló, széles polimerlánc-átmenetet tartalmaz, mivel a monomerek diverzitásának növelése a kívánt polimer anyag még precízebb szintézisét igényli [42].

Az alakmemóriás ötvözetek és alakmemória-polimerek alakmemóriás kompozittá való kombinálásával háromirányú mozdulatokkal alakmemóriás kompozit formálható alakmemóriás polimer 3D-nyomtatásával egy alakmemóriás ötvözet köré [3]. Figyelemre méltó azonban, hogy az anyaggal kapcsolatos tanulmányok azt mutatják, hogy a deformáció általában a lineáris rugalmas tartomány körüli tartományra korlátozódik, és az átmeneti hőmérsékletek feletti merevség elég alacsony ahhoz, hogy elősegítse a külső terhelés hatására történő kúszást; bizonyos hármas alakú memóriapolimerek esetében a kompozit hőtágulása magas hőmérsékleten a normálnál jóval nagyobb deformációhoz vezet. A hármas alakú memóriapolimer kompozitok problémáinak kijavítását célzó fejlesztések az anyagok előállításához használt polimerekre összpontosítanak, mivel a legtöbb hármas. - Az alakmemória kompozitok polimer keveréssel jönnek létre.

A polimer keverés a legkritikusabb lépés, mivel a cél az egymással termikusan elegyedő polimerekből kompozit létrehozása; ellenkező esetben gyenge vagy elválasztott határfelületek képződnek a határokon, ami gyengíti a potenciális kompozit általános tulajdonságait, és mivel sajnos a legtöbb gyanta és műanyag nem képes termikusan keveredni, a jobb hármas alakú memóriapolimer kompozitok kifejlesztésének szükséges tényezője lesz meghatározni a lehetséges kompozit általános tulajdonságait. hatékonyan keverhető anyagok [60].

7. Következtetés

A polimerek potenciális lehetőséget jelentenek a korróziógátlásban, mivel képesek megfelelni vagy felülmúlni a korróziógátló elemek, például a veszélyes króm beépítésének hagyományosabb módszerét. Mivel azonban a polimerek természetüknél fogva közömbösek a környezettel szemben, fennáll a veszélye annak, hogy a mikrorepedés következtében fokozatosan elveszítik funkciójukat, ezért kívánatos öngyógyító polimereket, például apoliimid-b-polikarbamid keveréket használni. Ezenkívül az öngyógyító polimerek tovább javíthatók nanoanyagok vagy egyéb töltőanyagok felhasználásával, mivel javíthatják a polimerkeverék vezetőképességét, vagy javíthatják az alakmemóriájú polimerek reakcióidejét. Az alakmemóriás polimerekkel kapcsolatos jövőbeli fejlesztések valószínűleg a polimerkeverék kívánt célhoz való igazítására fognak összpontosítani bizonyos töltőanyagok, például mikrokapszulák hozzáadásával, vagy az öngyógyító folyamat szelektív beindítása vagy az alakemlékező hatás, például infravörös vagy mikrohullámú sugárzás alkalmazása egy adott területen. például szén nanocsövek beépítésével. Ezeknek a fejlesztéseknek lehetővé kell tenniük a lehetséges légiközlekedési eszközökhöz szabott bevonatot, különösen a telepíthető szerkezeteket, vagy a robotikát és más alkalmazásokat, például működtetőket. Általánosságban elmondható, hogy azok a területek, ahol az alakmemóriájú polimer önmagában nem rendelkezik elegendő szilárdsággal vagy egyéb anyagtulajdonságokkal, amelyek egy alakmemóriájú ötvözettel rendelkeznek, miközben egy olcsóbb és kevésbé mérgező korrózióvédő bevonatot tartanak fenn, a leghatékonyabb felhasználási formát jelentő polimer bevonatként szolgálnak.

Adatok elérhetősége

A jelen Irodalmi Áttekintést alátámasztó adatok elérhetők a megfelelő szerzőjüktől, az áttekintés hivatkozási részében található folyóiratokból idézve. A szöveg releváns helyein hivatkozásként hivatkoznak rájuk [1–60]. Az ábrák és táblázatok hivatkozásai a táblázatban vagy az ábra alatt találhatók az ábrát leíró szövegben. A 2., 11., 15., 16. és 18. ábrák a Szerző engedélyével használhatók.

Összeférhetetlenség

A szerzők nem nyilatkoznak olyan összeférhetetlenségről, amely befolyásolná a dolgozatot.

Hivatkozások

[1] FF Li, YJ Liu és JS Leng, "Progress of shape memorypolymers and their composites in aerospace applications", Smart Materials and Structures, vol. 28, sz. 10. cikk, 103003, 2019.

[2] KK Patel és R. Purohit, "A mikrohullámú által indukált alakmemória-polimer/MWCNT kompozitok jobb alakmemória és mechanikai tulajdonságai", MateriaToday Communicationsons, vol. 20. cikk, 100579, 2019.

[3] R. Matsui, K. Takeda, H. Tobushi és EA Pieczyska "Mechanical properties and advanced subjects in shape memory alloys and polymers", Journal Theoretical and appliMechanicsics (Lengyelország), vol. 56. sz. 2., 447–456., 2018.

[4] H. Luo, Z. Li, G. Yi és munkatársai, "Multi-stimuli responsive carbonnanotube-shape memory polymeric kompozitok", MaterialsLetters, vol. 137., 385–388., 2014.

[5] M. Lei, Z. Chen, H. Lu és K. Yu, "Recent progress in shapememory polimer kompozitok: módszerek, tulajdonságok, alkalmazások és kilátások", NanotechnoloReviewsews, vol. 8, sz. 1, pp. 327–351, 2019.

[6] ZG Wei, R. Sandstrom és S. Miyazaki, "Shape memorymaterials and hybrid kompozitok intelligens rendszerekben: II. rész alak-memória hibrid kompozitok", Journal of Materials Science, vol. 33. sz. 15. cikk, 230586. cikk, 3763–3783., 1998.

[7] Y. Liu, Z. Dong, L. Yu, Y. Liu és H. Li, "Influence of aging onshape memory effect and corrosion resistance of a new Fe-Mn-Si-based alloy", Journal Materials Research , vol. 30, sz. 2, 2015. 179–185.

[8] GA López, M. Barrado, EH Bocanegra, JM San Juan és M. L. Nó, "Influence of the matrix and the thermo Treatment on the martensitic transformation in metal matrix kompozitok", Materials science & Engineering A, vol. 481-482, nem. 1-2 C, 546–550. o., 2008.

[9] H. Farhat, R. Griffin, INA Oguocha és R. Evitts, "Aninvestigation of the corrosion behavior of a FeNiCoAlTashape memóriaötvözet 3,5 tömeg%-os NaCl oldatban", Corrosionengineering, science and technology, vol. 53. sz. 8. 611–616. o., 2018.

[10] AO Moghaddam, M. Ketabchi és R. Bahrami, "Kineticgrain növekedés, alakmemória és korróziós viselkedés két Cu-alapú alakmemóriával rendelkező ötvözet termomechanikus kezelés után", Transactions Nonferrous Metals Society of China, vol. 23. sz. 10., 2896–2904., 2013.

For more information:1950477648nn@gmail.com