Коррозионностойкие полимерные материалы с памятью формы. Часть 2.

Полимеры функционируют посредством потенциального взаимодействия термореактивных материалов и термопластов, где термореактивные материалы определяются их химическими сшивками, которые образуют трехмерную сеть, которая может простираться до бесконечной длины, а термопласты лишены взаимосвязанных химических сшивок и имеют только конечную длину.

Химическое сшивание означает добавление реактивных химикатов к материалам, чтобы они вступали в химическую реакцию при определенных условиях с образованием геля или затвердевшего материала. Этот метод широко используется в процессе получения различных материалов, таких как волокнистые материалы, пластмассы, резина, покрытия и т. д., и имеет широкую перспективу применения.

Связь с памятью заключается в том, что материалы, полученные с помощью технологии химической сшивки, обладают функциями памяти. Этот материал способен автономно менять форму под внешним раздражением и восстанавливать первоначальную форму, сохраняя при этом «память» о своей первоначальной форме. Это свойство восстановления формы дает этому материалу широкий спектр перспектив применения, например, в качестве интеллектуальных материалов в медицине, строительстве, автомобилестроении и других областях.

Кроме того, технология химической сшивки также может использоваться для регулирования и улучшения свойств материалов, придавая им лучшие физические и химические свойства и термическую стабильность. Эта технология имеет высокий потенциал развития и может быть применена для получения и модификации органических и неорганических материалов, играя активную роль в развитии области материаловедения.

Таким образом, технология химической сшивки является очень перспективной технологией, имеющей множество преимуществ и прикладную ценность. Его применение имеет широкие перспективы во многих областях и способствовало развитию техники и социального прогресса. Видно, что нам необходимо улучшить память, а Cistanche Deserticola может значительно улучшить память, поскольку Cistanche Deserticola обладает антиоксидантным, противовоспалительным и омолаживающим действием, что может помочь уменьшить окислительные и воспалительные реакции в мозге, тем самым защищая здоровье нервной системы. Кроме того, Cistanche Deserticola может также способствовать росту и восстановлению нервных клеток, тем самым улучшая связь и функцию нейронных сетей. Эти эффекты могут помочь улучшить память, способность к обучению и скорость мышления, а также предотвратить развитие когнитивной дисфункции и нейродегенеративных заболеваний.

Нажмите «Знать», чтобы улучшить кратковременную память.

Переработка термопластов предполагает быстрое охлаждение и затвердевание вязких полимерных расплавов. Обработка термореактивных реактопластов требует реакции прекурсоров с низкой вязкостью, а скорость обработки ограничена скоростью кинетики реакции.

Между этими двумя термореактивные полимеры, как правило, имеют более высокую стабильность размеров и сопротивление ползучести, что делает их более предпочтительными для структурных композитных применений по сравнению с термопластами [28]. Путем смешивания этих полимеров можно в определенной степени настроить свойства полимера с памятью формы с помощью основы. полимер, создающий эффект памяти формы, и другие полимеры, обеспечивающие общую когезию и деформируемость (например, после удлинения кристалличность, обеспечиваемая другими полимерами, предотвращает релаксацию эластомера обратно в исходное состояние) [29].

Другими преимуществами полимеров при их использовании в качестве материалов являются их низкая плотность, простота обработки, способность выдерживать скорость деформации до 800%, устойчивость к коррозии или электричеству, их легкий вес и широкий диапазон свойств, которыми обладают строительные блоки. они состоят из [2, 30].

Композиты и покрытия с памятью формы на основе полимеров также должны учитывать температуру стеклования, или Tg, учитывая, что до этого момента полимер будет находиться в астеклообразном состоянии и тем самым будет влиять на характеристики памяти формы указанного композита; Чтобы противостоять этому, необходимо, чтобы материал наполнителя был способен ингибировать термомеханические эффекты, которые проявляет полимер; Эти термомеханические эффекты обычно демонстрируются фрикционными взаимодействиями, которые противостоят внешней нагрузке [21]. Для полимеров с памятью формы это обычно в большей степени зависит от температуры стеклования, также известной как Tg, при которой фазовые изменения происходят выше Tg, где он становится эластичным, и положение устанавливается, когда полимер опускается ниже Tg, когда он переходит в стеклообразное состояние. 2].

Учитывая, что композиты с памятью формы требуют применения внешней энергии для возвращения в свою первоначальную форму, теплопоглощение и проводимость композита являются необходимыми факторами, которые следует учитывать, поскольку, как правило, чем выше способность композита поглощать или проводить энергию, тем лучше время восстановления формы и меньше энергии потребляется для достижения указанного времени отклика [21].

Однако использование полимеров с памятью формы имеет недостатки, поскольку со временем функциональность может потеряться; таким образом, средства противодействия такой потере эффективности важны для продления срока службы полимера с памятью формы и его способности противостоять условиям окружающей среды.

4. Композиты с памятью формы: полимеры и полимерные смеси.

Традиционные полимеры достаточно инертны к окружающей среде, что означает постепенную потерю функциональности с течением времени [30], особенно в виде микротрещин, что является наиболее серьезной проблемой, с которой сталкиваются полимеры при длительном применении, поскольку они уменьшают срок службы материала и их гораздо труднее обнаружить или исправить [31].

Следовательно, полимерам требуются определенные средства для поддержания и восстановления их функциональности, либо с помощью какого-либо внешнего применения, либо, что более оптимально, с помощью свойства, присущего полимеру или полимерной смеси; другими словами, полимер должен обладать присущей ему способностью самовосстанавливаться.

Поскольку полимер является материалом с памятью формы, напряжение, возникающее в результате различных факторов, таких как химические, механические или термические, может привести к механической деформации материала и, кроме того, может активировать реакцию заживления на возникшие физические повреждения. .

Обычно заживление трещин происходит из-за термического воздействия и начинается при температуре Tg или выше. Таким образом, разработки обычно фокусируются на доведении эффективной Tg до желаемой температуры, которая обычно ниже нормальной Tg полимера [31].

Достижение самовосстановления полимеров включает в себя два разных подхода, которые основаны на различных химических взаимодействиях для достижения цели: один - за счет супрамолекулярных сил, а другой - за счет динамических ковалентных связей, образующихся внутри полимерной смеси. Однако во-первых, это основной способ, с помощью которого полимер прилипает. на поверхность.

Межфазная адгезия между полимерной матрицей и 2D-наполнителем является важной частью улучшения свойств и возможности воспроизвести желаемые результаты. Прочная межфазная связь между полимерной матрицей и 2D-наполнителем придает полимерному покрытию высокий модуль упругости и прочность на разрыв, повышает твердость и повышает стойкость покрытия к разрыву, усталости и коррозии [17].

Таким образом, образование композита с памятью формы между полимером и сплавом требует использования связующих агентов, таких как триметоксисилилпропилметакрилат, для образования соединения между органической и неорганической фазами покрытия, поскольку отсутствие такого соединения ставит под угрозу общие механические свойства, поскольку органические материалы плохо прилипают к неорганическим материалам [33].

Одним из наиболее эффективных вариантов ингибирования коррозии и рекомендуемых вариантов связующих агентов являются полисилоксаны. Полисилоксаны представляют собой гидрофобные полимеры, способные улучшать коррозионную стойкость полимерной смеси за счет ограничения доступа воды к границе раздела металл/гибридное полимерное покрытие [17].

Характеризуется группой Si-O-Si, угол связи которой составляет от 104 до 180 градусов, присоединенной к полимерной цепи, диапазон градусов угла связи влияет на гибкость цепи и улучшает энергию связи, создавая основу для заметной долговечности и устойчивости к нагреву. что полисилоксаны имеют [34].

4.1. Полидиметилсилоксан. Одним из наиболее часто используемых полисилоксанов является полидиметилсилоксан, сокращенно ПДМС. Эластомеры ПДМС обычно образуются из сшитых линейных полимеров, которые переплетены и имеют жесткость, превышающую пороговое значение для плотных переплетений, которые эффективно действуют как сшивки [35]; структуру можно найти на рисунке 5.

Одним из методов, с помощью которого можно улучшить использование ПДМС, является снижение жесткости эластомеров ПДМС, что позволит снизить энергию, необходимую для деформации. Это имеет решающее значение для улучшения сцепления с объектом, на который в противном случае было бы трудно нанести покрытие, и достижение этого будет означать общее снижение плотности поперечных связей. Применение растворителя может привести к снижению плотности, но растворитель может вымыться и потенциально нанести вред окружающей среде. ПДМС не может иметь модуль сдвига ниже 200 кПа.

Формируя сшивающую матрицу для щетки для бутылок в отличие от линейного полимера, можно ингибировать образование спутывания и формировать контролируемый модуль упругости, который может находиться в диапазоне от 1 до 100 кПа, где модуль линейно соответствует плотности сшивающих цепей.

Кроме того, возможен независимый контроль над модулем потерь; он снижает адгезию, его можно относительно просто производить, и его можно дополнительно регулировать с помощью соотношения основная цепь/боковая цепь/сшивающая цепь для дальнейшей адаптации механических свойств [35].4.2.

Полиметилгидросилоксан. Из доступных полисилоксанов полиметилгидросилоксан, или сокращенно ПМГС, является предпочтительным силоксаном, поскольку он нетоксичен, стабилен на воздухе, устойчив к высоким температурам и может использоваться в качестве восстановителя для превращения карбонилов в спирты [17, 33]. ]; структуру можно найти на рисунке 6. ПМГС имеет низкую поверхностную энергию и хорошую природную гидрофобность и, благодаря своим неорганическим и органическим молекулярным частям, действует как хороший связующий агент между полимерами и металлическими поверхностями.

PMHS полезен, поскольку для приготовления покрытия необходим неорганический растворитель, что важно, учитывая ограничения на летучие органические соединения, которые можно считать опасными для окружающей среды. Несмотря на это, применение ПМХС в качестве антикоррозионного средства встречается сравнительно редко. Эффективность добавления PMHS может быть продемонстрирована экспериментом, проведенным Sun et al. где ПМГС добавляли к аполианилин-эпоксидному покрытию.

Это позволило успешно снизить общую поверхностную энергию покрытия, улучшить смачиваемость и образовать небольшие выступы на поверхности, что позволило образоваться слою воздуха и препятствовать контакту с коррозионным раствором и адсорбции коррозионных веществ раствора, что привело к увеличению эффективность покрытия до 70 дней, тогда как покрытие без ПМГС продержалось всего 34 дня [20].4.3. Супрамолекулярные полимеры.

Самовосстанавливающийся материал на основе супрамолекулярных связей имеет полимерные связи, которые соединяются по принципу наклейки, поскольку они могут соединяться и повторно соединяться, и именно эта липкость придает материалу прочность; Важно отметить, что это происходит не из-за ковалентных связей или перепутывания цепей.

Эти связи влияют на прочность, вязкость, текучесть и упорядоченность полимерных цепей полимерной смеси и, следовательно, связаны с динамическим поведением полимера. Как только в структуре произойдет повреждение, граница раздела поврежденных поверхностей будет иметь несвязанные супрамолекулярные связи, которые останутся «липкими» и смогут рекомбинироваться и реформироваться, чтобы закрыть повреждение и вернуться в предыдущее неповрежденное состояние. При использовании супрамолекулярных связей главными проблемами являются время, необходимое для восстановления, прочность материала и способность материала восстанавливать свойства после повреждения [32].

Ниже приведены некоторые примеры полимеров, которые можно использовать в смесях, самовосстановление которых основано на супрамолекулярных силах. 4.3.1. Эпоксидный эфир. Эпоксидноэфирные смолы, как известно, обладают хорошими антикоррозионными свойствами и адгезией к поверхностям, но их применение ограничено из-за плохой химической стойкости и слабых механических свойств; поэтому их рекомендуется улучшать за счет использования смешения или сополимеризации с другими полимерами, способными противостоять высоким температурам, такими как полимочевина или полисилоксан [17, 33]; представление структуры можно найти на рисунке 7.

Полимочевина обычно используется для изготовления ламинатов в зданиях и автомобильной промышленности, где она может улучшить ударопрочность и взрывостойкость сложного эфира эпоксидной смолы [17]. Эпоксидные эфиры также ограничены их высокореактивными кольцами, которые препятствуют переработке полимерных смесей и тем самым делают их производство более дорогим.

Обычно при взаимодействии эпоксидных эфиров с целью получения определенных полимеров эпоксидные функциональные группы открываются посредством этерификации ненасыщенных жирных кислот с образованием алкидно-модифицированных эпоксидных эфиров, свойства которых контролируются такими средствами, как уровень ненасыщенности или длина цепи.

Полученную эмульсию сложного эпоксидного эфира затем обезвоживают за счет испарения воды для коалесценции и образования пленки, которая отверждается посредством автоокисления или реакции кислорода, вызывающей свободнорадикальный цепной механизм.

Результат свойств зависит от длины масляной цепи. Например, длинные масляные цепи в эфирах эпоксидных смол означают меньшую химическую стойкость, более длительное время высыхания и повышенную способность проникать и герметизировать плохо очищенные поверхности, тогда как короткие масляные цепи тверды и хрупки и обладают хорошими химическими и химическими свойствами. влагостойкость [36].

4.3.2. Полиимид.

В целом полиимиды предпочитаются в инженерных приложениях, поскольку они обладают выдающимися механическими свойствами, высокой термической стабильностью, высокой температурой стеклования и низкой диэлектрической проницаемостью [36]; представление структуры можно найти на рисунке 8.

Большинство исследований, посвященных самовосстанавливающимся полимерам, работают при низкой или средней Tg, тогда как полимеры с высоким Tg, которые подходят для саморазвертывания в аэрокосмической или реактивной тяге, изучены не так хорошо. Вариант полиимида с памятью формы может быть одним из таких полимеров, поскольку он способен выдерживать высокую Tg при температуре около 218 градусов и самовосстанавливаться (которое происходит при 243 градусах) за счет пониженных механических свойств и более низкой Tg (235 градусов) для несамовосстанавливающийся вариант, чем несамовосстанавливающийся вариант, но это вполне может быть связано с полистиролом, и другой материал может подойти лучше [37].

Полиимиды характеризуются жесткой гетероциклимидной функциональной группой и отличаются взаимодействием богатого электронами атома азота и электронодефицитной карбонильной группы, расположенной в основной цепи полиимида [38].

Однако использование полиимидов, как правило, ограничено из-за плохого поглощения влаги и адгезии, что может привести к разрушению межфазных поверхностей и ограничивает их более умеренный срок службы покрытия по сравнению с другими покрытиями, а также их высокую поверхностную энергию и диэлектрическую проницаемость [36, 38]. Преодоление этих ограничений обычно означает вставку гидрофобных полимерных блоков в основную цепь полиимида или включение наночастиц в матрицу как средство снижения диффузионной способности и относительной диэлектрической проницаемости полиимидного покрытия [38].

Включение наночастиц имеет недостаток, заключающийся в увеличении поверхностной энергии полиимида, что, в свою очередь, снижает его адгезию, тогда как включение полимерных блоков в основную цепь может снизить температуру разложения и, следовательно, температуру эксплуатации и механические свойства [38]. Долговечность связана с сохранением барьерных свойств полимерного покрытия и для полимеров контролируется кристалличностью покрытия.

Уменьшение поверхностной энергии покрытия связано с увеличением стойкости покрытия [25]. Полисилоксаны можно использовать для улучшения рассеивания энергии, гибкости и поверхностной адгезии, но в качестве компромисса они снижают предельную прочность и модуль Юнга; следовательно, смягчение этих недостатков в первую очередь требует манипуляции процентным содержанием молекулярной массы полисилоксана.

Чтобы модуль Юнга оставался близким к модулю простого полиимида, весовой процент полисилоксана должен составлять от 10 до 20%; Стоит отметить, что пластичность значительно улучшается для сополимера, если содержание полисилоксана находится в пределах 10-40 мас.%. В целом, присоединение аполисилоксана к основной цепи полиимидной цепи улучшает общую технологичность полимера, ингибирует поглощение воды, делает полимер более способным прилипать к широкому спектру поверхностей, улучшает термостабильность и снижает температуру разложения за счет увеличения мас.% полисилоксана в полимере (по-видимому, это больше связано с уменьшением содержания полиимида). Недостатки полиимидно-полисилоксановых цепей можно преодолеть за счет добавления других сополимеров, таких как полифенилсилсесквиоксан, который является предлагаемым полимером, который также может дополнительно улучшить температуру разложения полимерной смеси.

Введение сложноэфирной группы в имидную цепь приводит к увеличению гибкости полимера, но снижает температуру стеклования, при этом объединенная молекула поли(эфир-имида) имеет температуру стеклования 185 градусов, и дальнейший анализ показал, что она теряет 10 мас. % его массы в воздухе при 300 градусах [33]. Поскольку Tg полимерной смеси не является фактическим средним значением Tg полимеров, составляющих смесь, она, по-видимому, действует скорее как диапазон, который варьируется в зависимости от состава массы, структуры смеси, молекулярной массы полимеры и другие факторы.

AВ нижней части этого диапазона происходит термическая активация, но ей препятствуют стерические ограничения, серьезность которых может определяться относительной скоростью динамики компонентов [36].4.3.3. Полимочевина.

Полимочевина представляет собой полукристаллический полимер, ценимый за свои пьезоэлектрические способности, часто используемый в качестве изолятора и способный проявлять высокотемпературную стабильность с пьезоэлектрической константой 15 мКл/м2, которая остается таковой до тех пор, пока температура не достигнет 200 градусов [38]; представление структуры можно найти на рисунке 9. При смешивании с полиимидом доноры и акцепторы водородных связей в смеси обеспечивают самосборку в дополнение к сверхнизкой диэлектрической проницаемости, значению между 1,56 и 1,94, причем любое уменьшение соответствует увеличению концентрации полимочевина, которая будет чрезвычайно полезна для ингибирования коррозии [25,38]; изображение смеси полиимида и полимочевины можно увидеть на рисунке 10.

Кроме того, для созданной смеси поли(мочевина-имид) две области каучукового плато возникают экспоненциально в результате двух областей Tg, вызванных содержанием мольной доли полимочевины в полиимидной цепочке, что, в свою очередь, увеличивает модуль упругости полимера.

Tg сополимеров увеличивается с увеличением концентрации высокоTg-компонента, причем более резкий эффект проявляется при добавлении в полиимид несколько большего количества полимочевины (стоит отметить, что степень имидизации мало влияет на такое поведение, так как она уменьшается с увеличением мольной доли полимочевины) в результате самоподдерживающейся комплементарной водородной связи [38].

В результате полиимид-b-полимочевина образует покрытие с ожидаемым сроком службы 8 лет, что выше, чем у полиимида, обеспечивая превосходную коррозионную стойкость [25], что можно увидеть на рисунках 11(a) и 11(b).

For more information:1950477648nn@gmail.com