পলিউরেথেন: ডিলস-অ্যাল্ডার বিক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে পলিউরেথেন স্ব-নিরাময় আবরণের পৃষ্ঠের কঠোরতা এবং স্ব-নিরাময় বৈশিষ্ট্যের উপর গবেষণা

প্রচলিত পলিউরেথেন আবরণের ক্ষতির ঝুঁকি এবং স্ব-নিরাময় ক্ষমতার অভাবের সমস্যা সমাধানের জন্য, গবেষকরা Diels-Alder (DA) সাইক্লোঅ্যাডিশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে 5 wt% এবং 10 wt% নিরাময়কারী এজেন্ট ধারণকারী স্ব-নিরাময়কারী পলিউরেথেন আবরণ তৈরি করেছেন। ফলাফলগুলি ইঙ্গিত দেয় যে নিরাময়কারী এজেন্টগুলির অন্তর্ভুক্তি আবরণের কঠোরতা 3%-12% বৃদ্ধি করে এবং 120 °C তাপমাত্রায় 30 মিনিটের মধ্যে 85.6%-93.6% স্ক্র্যাচ নিরাময় দক্ষতা অর্জন করে, যা আবরণের পরিষেবা জীবন উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে। এই গবেষণাটি ইঞ্জিনিয়ারিং উপকরণগুলির পৃষ্ঠ সুরক্ষার জন্য একটি উদ্ভাবনী সমাধান প্রদান করে।

ইঞ্জিনিয়ারিং উপকরণের ক্ষেত্রে, আবরণ উপকরণের যান্ত্রিক ক্ষতি মেরামত করা দীর্ঘদিন ধরে একটি বড় চ্যালেঞ্জ। যদিও ঐতিহ্যবাহী পলিউরেথেন আবরণগুলি চমৎকার আবহাওয়া প্রতিরোধ এবং আনুগত্য প্রদর্শন করে, স্ক্র্যাচ বা ফাটল দেখা দিলে তাদের প্রতিরক্ষামূলক কার্যকারিতা দ্রুত হ্রাস পায়। জৈবিক স্ব-নিরাময় প্রক্রিয়া দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়ে, বিজ্ঞানীরা গতিশীল সমযোজী বন্ধনের উপর ভিত্তি করে স্ব-নিরাময় উপকরণগুলি অন্বেষণ শুরু করেছেন, যার মধ্যে Diels-Alder (DA) বিক্রিয়া তার মৃদু প্রতিক্রিয়া পরিস্থিতি এবং অনুকূল বিপরীতমুখীতার কারণে উল্লেখযোগ্য মনোযোগ পেয়েছে। যাইহোক, বিদ্যমান গবেষণা প্রাথমিকভাবে রৈখিক পলিউরেথেন সিস্টেমের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে, যা ক্রস-লিঙ্কযুক্ত পলিউরেথেন পাউডার আবরণে স্ব-নিরাময় বৈশিষ্ট্যের গবেষণায় একটি ফাঁক রেখে গেছে।

এই প্রযুক্তিগত বাধা অতিক্রম করার জন্য, দেশীয় গবেষকরা উদ্ভাবনীভাবে দুটি DA নিরাময়কারী এজেন্ট - ফুরান-ম্যালিক অ্যানহাইড্রাইড এবং ফুরান-বিসম্যালিমাইড - একটি হাইড্রোক্সিলেটেড পলিয়েস্টার রজন সিস্টেমে প্রবর্তন করেছেন, যা চমৎকার স্ব-নিরাময় বৈশিষ্ট্য সহ একটি পলিউরেথেন পাউডার আবরণ তৈরি করেছে। গবেষণায় নিরাময়কারী এজেন্টগুলির গঠন নিশ্চিত করার জন্য ¹H NMR, DA/রেট্রো-DA বিক্রিয়ার বিপরীতযোগ্যতা যাচাই করার জন্য ডিফারেনশিয়াল স্ক্যানিং ক্যালোরিমেট্রি (DSC) এবং আবরণগুলির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যগুলি পদ্ধতিগতভাবে মূল্যায়ন করার জন্য পৃষ্ঠের প্রোফাইলোমেট্রি সহ ন্যানোইন্ডেন্টেশন কৌশল ব্যবহার করা হয়েছে।

মূল পরীক্ষামূলক কৌশলগুলির ক্ষেত্রে, গবেষণা দলটি প্রথমে দুই-পদক্ষেপ পদ্ধতি ব্যবহার করে হাইড্রোক্সিল-ধারণকারী DA নিরাময়কারী এজেন্ট সংশ্লেষণ করে। পরবর্তীকালে, 5 wt% এবং 10 wt% নিরাময়কারী এজেন্ট ধারণকারী পলিউরেথেন পাউডারগুলি গলিত মিশ্রণের মাধ্যমে প্রস্তুত করা হয়েছিল এবং ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক স্প্রে ব্যবহার করে ইস্পাত স্তরগুলিতে প্রয়োগ করা হয়েছিল। নিরাময়কারী এজেন্ট ছাড়া নিয়ন্ত্রণ গোষ্ঠীর সাথে তুলনা করে, উপাদানের বৈশিষ্ট্যের উপর নিরাময়কারী এজেন্ট ঘনত্বের প্রভাব পদ্ধতিগতভাবে তদন্ত করা হয়েছিল।

1.এনএমআর বিশ্লেষণ নিরাময়কারী এজেন্টের গঠন নিশ্চিত করে

১ H NMR স্পেকট্রা দেখিয়েছে যে অ্যামাইন-ইনসার্টেড ফুরান-ম্যালিক অ্যানহাইড্রাইড (HA-1) δ = 3.07 ppm এবং 5.78 ppm এ বৈশিষ্ট্যযুক্ত DA রিং পিক প্রদর্শন করেছে, যেখানে ফুরান-বিসম্যালিমাইড অ্যাডাক্ট (HA-2) δ = 4.69 ppm এ একটি সাধারণ DA বন্ড প্রোটন সংকেত প্রদর্শন করেছে, যা নিরাময়কারী এজেন্টগুলির সফল সংশ্লেষণ নিশ্চিত করেছে।

2.ডিএসসি তাপীয়ভাবে বিপরীতমুখী বৈশিষ্ট্য প্রকাশ করে

DSC বক্ররেখা নির্দেশ করে যে নিরাময়কারী এজেন্ট ধারণকারী নমুনাগুলিতে DA বিক্রিয়ার জন্য এন্ডোথার্মিক শিখর 75 °C তাপমাত্রায় এবং রেট্রো-DA বিক্রিয়ার জন্য বৈশিষ্ট্যগত শিখর 110-160 °C তাপমাত্রায় প্রদর্শিত হয়েছিল। উচ্চ নিরাময়কারী এজেন্টের পরিমাণের সাথে শীর্ষ এলাকা বৃদ্ধি পেয়েছে, যা চমৎকার তাপীয় বিপরীতমুখীতা প্রদর্শন করে।

3.ন্যানোইন্ডেন্টেশন পরীক্ষায় কঠোরতার উন্নতি দেখা গেছে

গভীরতা-সংবেদনশীল ন্যানোইন্ডেন্টেশন পরীক্ষায় দেখা গেছে যে ৫ wt% এবং ১০ wt% নিরাময়কারী এজেন্ট যোগ করার ফলে আবরণের কঠোরতা যথাক্রমে ৩% এবং ১২% বৃদ্ধি পেয়েছে। ৮৫০০ nm গভীরতায়ও ০.২২৭ GPa এর কঠোরতা মান বজায় রাখা হয়েছিল, যা নিরাময়কারী এজেন্ট এবং পলিউরেথেন ম্যাট্রিক্সের মধ্যে গঠিত ক্রস-লিঙ্কযুক্ত নেটওয়ার্কের কারণে হয়েছিল।

4.পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা বিশ্লেষণ

পৃষ্ঠের রুক্ষতা পরীক্ষায় দেখা গেছে যে বিশুদ্ধ পলিউরেথেন আবরণ সাবস্ট্রেট Rz মান 86% কমিয়েছে, যেখানে নিরাময়কারী এজেন্টযুক্ত আবরণগুলি বৃহত্তর কণার উপস্থিতির কারণে রুক্ষতায় সামান্য বৃদ্ধি দেখিয়েছে। FESEM চিত্রগুলি নিরাময়কারী এজেন্ট কণার ফলে পৃষ্ঠের গঠনে পরিবর্তনগুলি দৃশ্যত চিত্রিত করেছে।

5.স্ক্র্যাচ নিরাময় দক্ষতায় অগ্রগতি

অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি পর্যবেক্ষণে দেখা গেছে যে ১০ ওয়াট% নিরাময়কারী এজেন্ট ধারণকারী আবরণ, ১২০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে ৩০ মিনিটের জন্য তাপ চিকিত্সার পরে, স্ক্র্যাচ প্রস্থ ১৪১ μm থেকে ৯ μm হ্রাস করে, ৯৩.৬% নিরাময় দক্ষতা অর্জন করে। এই কর্মক্ষমতা রৈখিক পলিউরেথেন সিস্টেমের জন্য বিদ্যমান সাহিত্যে উল্লিখিত তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত।

নেক্সট ম্যাটেরিয়ালস-এ প্রকাশিত এই গবেষণায় একাধিক উদ্ভাবন পাওয়া গেছে: প্রথমত, উন্নত DA-পরিবর্তিত পলিউরেথেন পাউডার আবরণগুলি স্ব-নিরাময় ক্ষমতার সাথে ভাল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে একত্রিত করে, যা 12% পর্যন্ত কঠোরতা উন্নতি অর্জন করে। দ্বিতীয়ত, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক স্প্রে প্রযুক্তির ব্যবহার ক্রস-লিঙ্কড নেটওয়ার্কের মধ্যে নিরাময়কারী এজেন্টগুলির অভিন্ন বিচ্ছুরণ নিশ্চিত করে, ঐতিহ্যবাহী মাইক্রোক্যাপসুল কৌশলগুলির অবস্থানগত ভুলতা কাটিয়ে ওঠে। সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল, এই আবরণগুলি তুলনামূলকভাবে কম তাপমাত্রায় (120 °C) উচ্চ নিরাময় দক্ষতা অর্জন করে, যা বিদ্যমান সাহিত্যে উল্লিখিত 145 °C নিরাময় তাপমাত্রার তুলনায় বৃহত্তর শিল্প প্রযোজ্যতা প্রদান করে। গবেষণাটি কেবল ইঞ্জিনিয়ারিং আবরণের পরিষেবা জীবন বাড়ানোর জন্য একটি নতুন পদ্ধতি প্রদান করে না বরং "নিরাময়কারী এজেন্ট ঘনত্ব-কর্মক্ষমতা" সম্পর্কের পরিমাণগত বিশ্লেষণের মাধ্যমে কার্যকরী আবরণের আণবিক নকশার জন্য একটি তাত্ত্বিক কাঠামোও প্রতিষ্ঠা করে। নিরাময়কারী এজেন্টগুলিতে হাইড্রোক্সিল সামগ্রীর ভবিষ্যতের অপ্টিমাইজেশন এবং ইউরেটডিওন ক্রস-লিংকারের অনুপাত স্ব-নিরাময়কারী আবরণের কর্মক্ষমতা সীমাকে আরও এগিয়ে নিয়ে যাবে বলে আশা করা হচ্ছে।