Para abordar o problema da propensión dos revestimentos de poliuretano convencionais a danos e a falta de capacidades de autorreparación, os investigadores desenvolveron revestimentos de poliuretano autorreparables que conteñen axentes curativos do 5 % e do 10 % en peso mediante o mecanismo de cicloadición de Diels-Alder (DA). Os resultados indican que a incorporación de axentes curativos aumenta a dureza do revestimento entre un 3 % e un 12 % e consegue eficiencias de curación de arañazos do 85,6 % ao 93,6 % en 30 minutos a 120 °C, o que prolonga significativamente a vida útil dos revestimentos. Este estudo proporciona unha solución innovadora para a protección superficial dos materiais de enxeñaría.
No campo dos materiais de enxeñaría, a reparación de danos mecánicos nos materiais de revestimento leva sendo un reto importante. Aínda que os revestimentos tradicionais de poliuretano presentan unha excelente resistencia ás inclemencias meteorolóxicas e adhesión, o seu rendemento protector deteriórase rapidamente unha vez que se producen rabuñaduras ou fendas. Inspirados polos mecanismos de autorreparación biolóxica, os científicos comezaron a explorar materiais autorreparadores baseados en enlaces covalentes dinámicos, e a reacción de Diels-Alder (DA) recibiu unha atención significativa debido ás súas condicións de reacción suaves e á súa reversibilidade favorable. Non obstante, a investigación existente centrouse principalmente nos sistemas de poliuretano lineais, o que deixa unha lagoa no estudo das propiedades de autorreparación nos revestimentos en po de poliuretano reticulados.
Para superar esta barreira técnica, investigadores nacionais introduciron de forma innovadora dous axentes curativos DA (anhídrido furano-maleico e furano-bismaleimida) nun sistema de resina de poliéster hidroxilado, desenvolvendo un revestimento en po de poliuretano con excelentes propiedades de autorreparación. O estudo empregou ¹H NMR para confirmar a estrutura dos axentes curativos, calorimetría diferencial de varrido (DSC) para verificar a reversibilidade das reaccións DA/retro-DA e técnicas de nanoindentación xunto coa perfilometría superficial para avaliar sistematicamente as propiedades mecánicas e as características superficiais dos revestimentos.
En canto ás técnicas experimentais clave, o equipo de investigación sintetizou primeiro axentes curativos DA que conteñen hidroxilo mediante un método de dous pasos. Posteriormente, preparáronse pós de poliuretano que contiñan un 5 % e un 10 % en peso de axentes curativos mediante mestura por fusión e aplicáronse a substratos de aceiro mediante pulverización electrostática. Ao comparalos con grupos de control sen axentes curativos, investigouse sistematicamente a influencia da concentración do axente curativo nas propiedades do material.
1.A análise de RMN confirma a estrutura do axente curativo
Os espectros de RMN de 1H mostraron que o furano-anhídrido maleico (HA-1) inserido con amina presentaba picos de anel DA característicos a δ = 3,07 ppm e 5,78 ppm, mentres que o aducto de furano-bismaleimida (HA-2) mostraba un sinal de protón de enlace DA típico a δ = 4,69 ppm, o que confirma a síntese exitosa dos axentes curativos.
2.A DSC revela características termicamente reversibles
As curvas de DSC indicaron que as mostras que contiñan axentes curativos presentaron picos endotérmicos para a reacción DA a 75 °C e picos característicos para a reacción retro-DA no rango de 110–160 °C. A área do pico aumentou cun maior contido de axente curativo, o que demostra unha excelente reversibilidade térmica.
3.As probas de nanoindentación mostran unha mellora da dureza
As probas de nanoindentación sensibles á profundidade revelaron que a adición de axentes curativos ao 5 % en peso e ao 10 % en peso aumentou a dureza do revestimento nun 3 % e nun 12 %, respectivamente. Mantívose un valor de dureza de 0,227 GPa mesmo a unha profundidade de 8500 nm, atribuído á rede reticulada formada entre os axentes curativos e a matriz de poliuretano.
4.Análise de morfoloxía superficial
As probas de rugosidade superficial mostraron que os revestimentos de poliuretano puro reduciron o valor Rz do substrato nun 86 %, mentres que os revestimentos con axentes curativos mostraron un lixeiro aumento da rugosidade debido á presenza de partículas máis grandes. As imaxes FESEM ilustraron visualmente os cambios na textura superficial resultantes das partículas do axente curativo.
5.Avance na eficiencia da curación por arañazos
As observacións de microscopía óptica demostraron que os recubrimentos que contiñan un 10 % en peso de axente curativo, tras un tratamento térmico a 120 °C durante 30 minutos, mostraron unha redución na anchura do raiado de 141 μm a 9 μm, acadando unha eficiencia de curación do 93,6 %. Este rendemento é significativamente superior ao descrito na literatura existente para sistemas de poliuretano lineais.
Publicado en Next Materials, este estudo ofrece múltiples innovacións: en primeiro lugar, os recubrimentos en po de poliuretano modificado con DA desenvolvidos combinan boas propiedades mecánicas coa capacidade de autorreparación, conseguindo unha mellora da dureza de ata o 12 %. En segundo lugar, o uso da tecnoloxía de pulverización electrostática garante unha dispersión uniforme dos axentes curativos dentro da rede reticulada, superando a inexactitude de posicionamento típica das técnicas tradicionais de microcápsulas. O máis importante é que estes recubrimentos logran unha alta eficiencia de curación a unha temperatura relativamente baixa (120 °C), ofrecendo unha maior aplicabilidade industrial en comparación coa temperatura de curación de 145 °C descrita na literatura existente. O estudo non só proporciona unha nova abordaxe para prolongar a vida útil dos recubrimentos de enxeñaría, senón que tamén establece un marco teórico para o deseño molecular de recubrimentos funcionais mediante a súa análise cuantitativa da relación "concentración-rendemento do axente curativo". Espérase que a optimización futura do contido de hidroxilos nos axentes curativos e a proporción de reticulantes de uretdiona amplíe aínda máis os límites de rendemento dos recubrimentos autorreparadores.
Data de publicación: 15 de setembro de 2025