Vật liệu polyme chống ăn mòn bộ nhớ hình dạng Phần 2

Các polyme hoạt động thông qua các tương tác tiềm năng của nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo, trong đó nhiệt rắn được xác định bằng các liên kết ngang hóa học của chúng tạo thành mạng ba chiều có thể mở rộng đến chiều dài vô hạn và nhựa nhiệt dẻo thiếu các liên kết hóa học liên kết với nhau và chỉ có chiều dài hữu hạn.

Liên kết ngang hóa học đề cập đến việc thêm các hóa chất phản ứng vào vật liệu để chúng phản ứng hóa học trong các điều kiện cụ thể để tạo thành gel hoặc vật liệu cứng. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong quá trình chuẩn bị các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như vật liệu sợi, nhựa, cao su, lớp phủ, v.v. và có triển vọng ứng dụng rộng rãi.

Mối quan hệ với trí nhớ là các vật liệu được chế tạo thông qua công nghệ liên kết ngang hóa học đều có chức năng ghi nhớ. Vật liệu này có thể tự động thay đổi hình dạng dưới sự kích thích bên ngoài và khôi phục lại hình dạng ban đầu trong khi vẫn giữ được “bộ nhớ” về hình dạng ban đầu. Đặc tính phục hồi hình dạng này mang lại cho vật liệu này nhiều triển vọng ứng dụng, chẳng hạn như ứng dụng vật liệu thông minh trong y tế, xây dựng, ô tô và các lĩnh vực khác.

Ngoài ra, công nghệ liên kết ngang hóa học cũng có thể được sử dụng để điều chỉnh và tăng cường các tính chất của vật liệu, mang lại cho chúng các tính chất vật lý, hóa học và độ ổn định nhiệt tốt hơn. Công nghệ này có tiềm năng phát triển cao và có thể được áp dụng để điều chế và biến đổi các vật liệu hữu cơ và vô cơ, đóng vai trò tích cực trong việc thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực kỹ thuật vật liệu.

Vì vậy, công nghệ liên kết ngang hóa học là một công nghệ rất có triển vọng với nhiều ưu điểm và giá trị ứng dụng. Ứng dụng của nó có triển vọng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và đã góp phần phát triển công nghệ kỹ thuật và tiến bộ xã hội. Có thể thấy rằng chúng ta cần cải thiện trí nhớ, và Cistanche Deserticola có thể cải thiện đáng kể trí nhớ, bởi vì Cistanche Deserticola có tác dụng chống oxy hóa, chống viêm và chống lão hóa, có thể giúp làm giảm quá trình oxy hóa và các phản ứng viêm trong não, từ đó bảo vệ cơ thể. sức khỏe của hệ thần kinh. Ngoài ra, Cistanche Deserticola cũng có thể thúc đẩy sự phát triển và sửa chữa các tế bào thần kinh, do đó tăng cường khả năng kết nối và chức năng của mạng lưới thần kinh. Những tác động này có thể giúp cải thiện trí nhớ, khả năng học tập và tốc độ tư duy, đồng thời cũng có thể ngăn ngừa sự phát triển của rối loạn chức năng nhận thức và các bệnh thoái hóa thần kinh.

Bấm Biết để cải thiện trí nhớ ngắn hạn

Xử lý nhựa nhiệt dẻo liên quan đến việc làm nguội nhanh và đông đặc các polyme nhớt nóng chảy. Quá trình xử lý nhiệt rắn đòi hỏi phản ứng của tiền chất có độ nhớt thấp và tốc độ xử lý bị giới hạn bởi tốc độ động học phản ứng.

Giữa hai loại này, nhựa nhiệt rắn có xu hướng có độ ổn định kích thước cao hơn và khả năng chống rão cao hơn, khiến chúng được ưu tiên ứng dụng cho cấu trúc tổng hợp hơn nhựa nhiệt dẻo [28]. Bằng cách trộn các polyme này, người ta có thể tùy chỉnh, ở một mức độ nhất định, các đặc tính của polyme nhớ hình dạng, với đế polyme tạo ra hiệu ứng ghi nhớ hình dạng và các polyme khác để tạo ra sự gắn kết và biến dạng tổng thể (ví dụ, sau khi kéo dài, độ kết tinh được cung cấp bởi các polyme khác sẽ ngăn cản chất đàn hồi trở lại trạng thái ban đầu) [29].

Các ưu điểm khác của polyme khi sử dụng làm vật liệu là mật độ thấp, dễ xử lý, khả năng chịu được tốc độ biến dạng lên tới 800%, khả năng chống ăn mòn hoặc điện, trọng lượng nhẹ của chúng và phạm vi rộng các đặc tính mà các khối xây dựng tạo nên. chúng bao gồm [2, 30].

Các vật liệu tổng hợp và lớp phủ ghi nhớ hình dạng dựa trên polyme cũng phải quan tâm đến nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh, hay Tg, vì polyme sẽ ở trạng thái thủy tinh trước thời điểm này và do đó sẽ ảnh hưởng đến các đặc tính ghi nhớ hình dạng của hỗn hợp nói trên; để chống lại điều này sẽ yêu cầu vật liệu độn phải có khả năng ức chế các tác động cơ nhiệt mà polyme thể hiện; các hiệu ứng cơ nhiệt này thường được thể hiện bằng các tương tác ma sát chống lại tải trọng bên ngoài [21]. Đối với các polyme bộ nhớ hình dạng, điều này thường phụ thuộc nhiều hơn vào nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh, còn được gọi là Tg, trong đó các thay đổi pha xảy ra trên Tg, nơi nó trở nên dẻo và vị trí được thiết lập khi polyme di chuyển xuống dưới Tg vì nó chuyển sang trạng thái thủy tinh [ 2].

Do vật liệu tổng hợp có bộ nhớ hình dạng yêu cầu ứng dụng năng lượng bên ngoài để trở về dạng ban đầu của chúng, nên khả năng hấp thụ nhiệt và độ dẫn nhiệt của vật liệu tổng hợp là những yếu tố cần thiết để xem xét, vì nói chung, khả năng vật liệu tổng hợp hấp thụ hoặc dẫn năng lượng càng lớn thì thời gian phục hồi hình dạng càng tốt và tiêu thụ ít năng lượng hơn để thể hiện thời gian phản hồi nói trên [21].

Tuy nhiên, việc sử dụng polyme nhớ hình có những nhược điểm vì chức năng có thể bị mất theo thời gian; do đó, một biện pháp chống lại sự mất mát hiệu quả như vậy là rất quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ của polymer nhớ hình dạng và khả năng chịu đựng các điều kiện môi trường của nó.

4. Vật liệu tổng hợp bộ nhớ hình dạng: Hỗn hợp polyme và polyme

Các polyme truyền thống khá trơ với môi trường, điều đó có nghĩa là mất dần chức năng theo thời gian [30], đặc biệt là ở dạng các vết nứt vi mô, thách thức nghiêm trọng nhất mà các polyme phải đối mặt trong các ứng dụng lâu dài, vì chúng làm giảm tuổi thọ của vật liệu và khó phát hiện và sửa chữa hơn nhiều [31].

Do đó, polyme yêu cầu một số phương tiện để duy trì và sửa chữa chức năng của chúng, bằng cách sử dụng một số ứng dụng bên ngoài hoặc tối ưu hơn bằng đặc điểm vốn có của polyme hoặc hỗn hợp polyme; nói cách khác, polyme phải có khả năng tự phục hồi vốn có.

Vì polyme là vật liệu ghi nhớ hình dạng nên ứng suất do nhiều yếu tố kích hoạt khác nhau, chẳng hạn như hóa học, cơ học hoặc nhiệt, có thể dẫn đến biến dạng cơ học trong vật liệu và ngoài ra có thể kích hoạt phản ứng chữa lành đối với tổn thương vật lý đã được tạo ra [32] .

Thông thường, quá trình lành vết nứt xảy ra do tác động của nhiệt và được bắt đầu ở mức Tg hoặc cao hơn. Do đó, sự phát triển thường tập trung vào việc điều chỉnh Tg hiệu quả đến nhiệt độ mong muốn, thường thấp hơn Tg bình thường của polyme [31].

Việc hoàn thành khả năng tự phục hồi của các polyme bao gồm hai cách tiếp cận khác nhau dựa vào các tương tác hóa học khác nhau để đạt được mục tiêu: một là thông qua các lực siêu phân tử, và hai là nhờ các liên kết cộng hóa trị động được hình thành trong hỗn hợp polyme. Tuy nhiên, đầu tiên là phương tiện chính để các polyme kết dính Lên bề mặt.

Độ bám dính bề mặt giữa ma trận polyme và chất độn 2D là một phần quan trọng trong việc tăng cường đặc tính và có thể tái tạo các kết quả mong muốn. Liên kết bề mặt mạnh mẽ giữa ma trận polyme và chất độn 2D giúp lớp phủ polyme có mô đun và độ bền kéo cao, cải thiện độ cứng và tăng khả năng chống rách, mỏi và ăn mòn của lớp phủ [17].

Do đó, việc hình thành hỗn hợp nhớ hình dạng giữa polyme và hợp kim đòi hỏi phải sử dụng các tác nhân liên kết, như trimethoxysilylpropyl methacrylate, để tạo liên kết giữa các pha hữu cơ và vô cơ của lớp phủ, vì việc thiếu kết nối như vậy sẽ làm ảnh hưởng đến các tính chất cơ học tổng thể vì vật liệu hữu cơ không bám dính tốt với các vật liệu vô cơ [33].

Một trong những lựa chọn hiệu quả nhất để ức chế ăn mòn và các lựa chọn được khuyến nghị cho các chất kết hợp bao gồm polysiloxan. Polysiloxan là các polyme kỵ nước có khả năng cải thiện khả năng chống ăn mòn của hỗn hợp polyme bằng cách hạn chế khả năng nước tiếp cận bề mặt lớp phủ kim loại/polyme lai [17].

Được đặc trưng bởi nhóm Si-O-Si, có liên kết từ 104 đến 180 độ được gắn vào chuỗi polyme, phạm vi góc liên kết ảnh hưởng đến chuỗi linh hoạt và cải thiện năng lượng liên kết, tạo cơ sở cho độ bền và khả năng chịu nhiệt đáng chú ý polysiloxan có [34].

4.1. Polydimetylsiloxan. Một trong những polysiloxan được sử dụng phổ biến nhất là polydimethylsiloxane, viết tắt là PDMS. Các chất đàn hồi PDMS thường được hình thành từ các polyme tuyến tính liên kết ngang đã bị vướng víu và cứng hơn giá trị ngưỡng đối với các vướng víu dày đặc hoạt động hiệu quả như các liên kết ngang [35]; cấu trúc có thể được tìm thấy trong Hình 5.

Một phương pháp trong đó PDMS có thể được cải thiện để sử dụng là giảm độ cứng của chất đàn hồi PDMS, điều này sẽ làm giảm năng lượng cần thiết cho biến dạng. Điều này rất quan trọng để cải thiện khả năng bám dính vào một vật thể mà nếu không sẽ khó áp dụng lớp phủ và đạt được điều này có nghĩa là giảm tổng thể mật độ của các liên kết ngang. Việc sử dụng dung môi có thể làm giảm mật độ nhưng dung môi có thể thấm ra ngoài và có khả năng gây hại cho môi trường xung quanh. PDMS không thể có mô đun cắt thấp hơn 200 kPa.

Bằng cách hình thành ma trận bàn chải chai liên kết ngang trái ngược với polyme tuyến tính, có thể ức chế sự hình thành vướng víu và hình thành mô đun đàn hồi có thể kiểm soát được, có thể nằm trong khoảng từ 1 đến 100kPa, trong đó mô đun tương ứng tuyến tính với mật độ của chuỗi liên kết ngang.

Ngoài ra, có thể có sự kiểm soát độc lập đối với mô đun tổn thất; nó làm giảm độ bám dính, có thể sản xuất tương đối đơn giản và có thể được điều chỉnh thêm thông qua tỷ lệ chuỗi xương sống/chuỗi bên/chuỗi liên kết ngang để điều chỉnh thêm các tính chất cơ học [35].4.2.

Polymetylhydrosiloxan. Trong số các polysiloxan có sẵn, polymethylhydrosiloxane, hay gọi tắt là PMHS, là một loại siloxane đặc biệt được lựa chọn vì nó không độc hại, ổn định trong không khí, chịu được nhiệt độ cao và có thể được sử dụng làm chất khử để chuyển đổi carbonyl thành rượu [17, 33 ]; cấu trúc có thể được tìm thấy trong Hình 6. PMHS có năng lượng bề mặt thấp và tính kỵ nước bẩm sinh tốt và nhờ các bộ phận phân tử vô cơ và hữu cơ của nó, hoạt động như một tác nhân liên kết tốt giữa polyme và bề mặt kim loại.

PMHS rất hữu ích vì không cần dung môi hữu cơ để chuẩn bị lớp phủ, điều này rất quan trọng do hạn chế đối với các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi có thể được coi là nguy hiểm cho môi trường. Mặc dù vậy, việc áp dụng PMHS làm biện pháp chống ăn mòn là tương đối hiếm. Hiệu quả của việc bổ sung PMHS có thể được chứng minh bằng một thí nghiệm được thực hiện bởi Sun et al. trong đó PMHS được thêm vào lớp phủ apolyaniline-epoxy.

Điều này đã làm giảm thành công năng lượng bề mặt tổng thể của lớp phủ, cải thiện khả năng thấm ướt và hình thành các chỗ lồi nhỏ trên bề mặt, cho phép hình thành một lớp không khí và ức chế sự tiếp xúc của dung dịch ăn mòn và sự hấp phụ của các chất ăn mòn của dung dịch, dẫn đến sự gia tăng hiệu quả của lớp phủ lên tới 70 ngày, trong khi lớp phủ không có PMHS chỉ tồn tại được 34 ngày [20].4.3. Polyme siêu phân tử.

Vật liệu tự phục hồi dựa trên liên kết siêu phân tử có các liên kết polyme được kết nối bằng hành vi giống như nhãn dán, trong đó chúng có thể kết nối và kết nối lại, và chính độ dính này mang lại độ bền cho vật liệu; điều quan trọng cần lưu ý là điều này không đến từ liên kết cộng hóa trị hoặc sự vướng víu của chuỗi.

Các liên kết này ảnh hưởng đến cường độ, độ nhớt, dòng chảy và trật tự của các chuỗi polyme bên trong hỗn hợp polyme và do đó có mối quan hệ với đặc tính động học mà polyme thể hiện. Một khi cấu trúc bị hư hỏng, giao diện của các bề mặt bị hư hỏng sẽ có các liên kết siêu phân tử không liên kết, vẫn "dính" và có khả năng kết hợp lại và cải tạo để đóng các hư hỏng và trở lại trạng thái không bị hư hại trước đó. Khi sử dụng liên kết siêu phân tử, mối quan tâm chính là thời gian cần thiết để quá trình phục hồi diễn ra, độ bền của vật liệu và khả năng phục hồi các đặc tính của vật liệu sau khi bị hư hỏng [32].

Một số ví dụ về polyme được sử dụng trong hỗn hợp dựa vào lực siêu phân tử để đạt được khả năng tự phục hồi như sau.4.3.1. Epoxy Ester. Nhựa epoxy este được biết là có đặc tính chống ăn mòn và bám dính tốt trên bề mặt nhưng bị hạn chế sử dụng do khả năng kháng hóa chất kém và tính chất cơ học yếu; do đó, nên cải tiến chúng thông qua việc sử dụng phương pháp trộn hoặc đồng trùng hợp với các polyme khác có khả năng chịu được nhiệt độ cao như polyurea hoặc polysiloxane [17, 33]; sự biểu diễn của cấu trúc có thể được tìm thấy trong Hình 7.

Polyurea thường được sử dụng cho các tấm mỏng trong các tòa nhà và ngành công nghiệp ô tô, nơi nó có thể cải thiện khả năng chống va đập và chống nổ của este epoxy [17]. Este epoxy cũng bị hạn chế bởi các vòng phản ứng cao của chúng, làm hạn chế khả năng xử lý hỗn hợp polyme và do đó làm cho chúng đắt hơn để sản xuất.

Nói chung, khi phản ứng với este epoxy để tạo ra một số polyme nhất định, các nhóm chức epoxy được mở thông qua quá trình este hóa các axit béo không bão hòa để tạo thành este epoxy biến tính bằng alkyd, với các đặc tính được kiểm soát bằng các phương tiện như mức độ không bão hòa hoặc chiều dài chuỗi.

Nhũ tương epoxy este được sản xuất sau đó được khử nước thông qua sự bay hơi của nước để kết lại và tạo thành một màng, được xử lý thông qua quá trình tự oxy hóa hoặc phản ứng oxy để tạo ra cơ chế chuỗi gốc tự do.

Kết quả của các đặc tính phụ thuộc vào độ dài chuỗi dầu. Ví dụ, chuỗi dầu dài trong este epoxy có nghĩa là khả năng kháng hóa chất thấp hơn, thời gian khô lâu hơn và tăng cường khả năng thâm nhập và bịt kín các bề mặt được làm sạch kém, trong khi chuỗi dầu ngắn thì cứng, giòn và có tính chất hóa học tốt. khả năng chống ẩm [36].

4.3.2. Polyimide.

Nhìn chung, polyimide được ưa chuộng trong các ứng dụng kỹ thuật vì chúng có các đặc tính cơ học vượt trội, độ ổn định nhiệt cao, nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh cao và hằng số điện môi thấp [36]; một biểu diễn của cấu trúc có thể được tìm thấy trong Hình 8.

Hầu hết các nghiên cứu tập trung vào các polyme tự phục hồi là những nghiên cứu hoạt động ở mức Tg thấp hoặc trung bình, trong khi các polyme Tg cao, phù hợp cho các ứng dụng hàng không vũ trụ hoặc động cơ phản lực có thể tự triển khai, lại không được nghiên cứu kỹ. Một biến thể nhớ hình dạng của polyimide sẽ là một loại polymer như vậy, vì nó có khả năng Tg cao, với nhiệt độ khoảng 218 độ và tự phục hồi (xảy ra ở 243 độ) với chi phí là tính chất cơ học thấp hơn và Tg thấp hơn (235 độ) đối với biến thể không tự phục hồi so với biến thể không tự phục hồi, nhưng điều đó có thể là do polystyrene và vật liệu khác có thể phù hợp hơn [37].

Polyimide được xác định bởi một nhóm chức năng dị vòng cứng và được chú ý vì sự tương tác giữa nguyên tử nitơ giàu electron và nhóm carbonyl thiếu electron của chúng nằm trong xương sống của polyimide [38].

Tuy nhiên, polyimide có xu hướng bị hạn chế sử dụng do khả năng hấp thụ độ ẩm và bám dính kém, điều này có thể dẫn đến hư hỏng bề mặt và hạn chế tuổi thọ lớp phủ vừa phải hơn so với các lớp phủ khác, cũng như năng lượng bề mặt cao và hằng số điện môi [36, 38 ]. Khắc phục những hạn chế này thường có nghĩa là chèn các khối polyme kỵ nước vào khung của polyimide hoặc kết hợp các hạt nano vào ma trận như một phương tiện để giảm độ khuếch tán và độ thấm tương đối của lớp phủ polyimide [38].

Việc bao gồm các hạt nano có nhược điểm là tăng năng lượng bề mặt cho polyimide, do đó làm giảm độ bám dính của nó, trong khi việc đưa các khối polyme vào khung có thể làm giảm nhiệt độ phân hủy và do đó làm giảm nhiệt độ sử dụng và các tính chất cơ học [38]. Độ bền liên quan đến việc duy trì các đặc tính rào cản được giữ bởi lớp phủ polymer và đối với polyme, được kiểm soát bởi độ kết tinh bên trong lớp phủ.

Sự giảm năng lượng bề mặt của lớp phủ có liên quan đến sự gia tăng điện trở của lớp phủ [25]. Polysiloxan có thể được sử dụng để cải thiện khả năng tiêu tán năng lượng, tính linh hoạt và độ bám dính bề mặt, nhưng để đánh đổi, chúng làm giảm độ bền cuối cùng và mô đun Young; do đó, việc giảm thiểu những phiền nhiễu này chủ yếu đòi hỏi phải điều chỉnh phần trăm trọng lượng phân tử của polysiloxan.

Để mô đun của Young duy trì gần với mô đun của polyimide đơn giản, phần trăm khối lượng polysiloxane phải nằm trong khoảng từ 10 đến 20%; điều đáng chú ý là độ dẻo cải thiện đáng kể đối với copolymerif polysiloxane nằm trong khoảng 10 đến 40% trọng lượng. Nhìn chung, việc gắn apolysiloxane vào khung chính của chuỗi polyimide sẽ cải thiện khả năng xử lý tổng thể của polyme, ức chế sự hấp thụ nước, làm cho polyme có khả năng bám dính tốt hơn trên nhiều bề mặt, cải thiện khả năng ổn định nhiệt và giảm nhiệt độ phân hủy khi tăng nồng độ. wt% polysiloxane trong polyme (điều này dường như liên quan nhiều hơn đến việc khử polyimide). Những hạn chế của chuỗi polyimide-polysiloxane có thể được khắc phục thông qua việc bổ sung các copolyme khác, như polyphenyl silsesquioxane, một loại polyme được đề xuất cũng có thể cải thiện hơn nữa nhiệt độ phân hủy của hỗn hợp polyme.

Việc đưa một nhóm ester vào khung imide tạo ra tác dụng tăng tính linh hoạt của polyme nhưng làm giảm nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh, trong đó phân tử poly(ester-imide) kết hợp có nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh là 185 độ và phân tích sâu hơn đã chỉ ra rằng nó mất 10 trọng lượng % khối lượng của nó trong không khí ở 300 độ [33]. Bởi vì Tg của hỗn hợp polyme không phải là giá trị trung bình thực tế của Tg của các polyme tạo nên hỗn hợp nên nó dường như hoạt động giống như một phạm vi thay đổi tùy thuộc vào thành phần của khối, cấu trúc của hỗn hợp, trọng lượng phân tử của chúng. polyme và các yếu tố khác.

AỞ đầu dưới của phạm vi này, sự kích hoạt nhiệt xảy ra nhưng bị cản trở bởi các ràng buộc về không gian, mức độ nghiêm trọng của nó có thể được xác định bởi tốc độ tương đối của động lực học thành phần [36].4.3.3. Polyurea.

Polyurea là một polyme bán tinh thể được đánh giá cao vì khả năng áp điện của nó, thường được sử dụng làm chất cách điện và có thể thể hiện tính ổn định ở nhiệt độ cao với hằng số áp điện là 15 mC/m2 và duy trì như vậy cho đến khi đạt nhiệt độ 200 độ [38]; có thể tìm thấy sự biểu diễn của cấu trúc trong Hình 9. Nếu được trộn với polyimide, các chất cho và nhận liên kết hydro trong hỗn hợp cho phép tự lắp ráp bên cạnh hằng số điện môi cực thấp, giá trị nằm trong khoảng từ 1,56 đến 1,94 với bất kỳ mức giảm nào tương ứng với sự tăng nồng độ của polyurea, chất này sẽ vô cùng có lợi trong việc ức chế ăn mòn [25,38]; có thể thấy sự thể hiện của hỗn hợp polyimide-polyurea trên Hình 10.

Ngoài ra, đối với hỗn hợp poly(urea-imide) được tạo ra, hai vùng cao su cao su xuất hiện theo cấp số nhân do hai vùng Tg gây ra bởi hàm lượng phần mol của polyurea trong chuỗi polyimide, từ đó làm tăng mô đun lưu trữ của polyme.

Tg của copolyme tăng lên khi tăng nồng độ của thành phần có Tg cao, trong đó hiệu ứng rõ nét hơn xảy ra khi bổ sung lượng polyurea cao hơn một chút vào polyimide (điều đáng chú ý là mức độ bắt chước ít ảnh hưởng đến hành vi này vì nó giảm khi tỷ lệ mol polyurea tăng) do liên kết hydro bổ sung, tự hỗ trợ [38].

Kết quả là, polyimide-b-polyurea tạo thành lớp phủ có tuổi thọ dự kiến ​​là 8 năm, cao hơn so với polyimide, mang lại khả năng chống ăn mòn vượt trội [25], có thể thấy trong Hình 11(a) và 11(b).

For more information:1950477648nn@gmail.com