পলিউরেথেন: ডিলস-অ্যাল্ডার বিক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে পলিউরেথেন স্ব-আরোগ্যকারী আবরণের পৃষ্ঠের কাঠিন্য এবং স্ব-আরোগ্যকারী বৈশিষ্ট্যের উপর গবেষণা

প্রচলিত পলিউরেথেন কোটিং-এর সহজে ক্ষতিগ্রস্ত হওয়ার প্রবণতা এবং স্ব-আরোগ্য ক্ষমতার অভাবের সমস্যা সমাধানের জন্য, গবেষকরা ডিলস-অ্যাল্ডার (DA) সাইক্লোঅ্যাডিশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ৫% এবং ১০% হিলিং এজেন্টযুক্ত স্ব-আরোগ্যকারী পলিউরেথেন কোটিং তৈরি করেছেন। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, হিলিং এজেন্ট যুক্ত করার ফলে কোটিং-এর কাঠিন্য ৩%–১২% বৃদ্ধি পায় এবং ১২০ °C তাপমাত্রায় ৩০ মিনিটের মধ্যে ৮৫.৬%–৯৩.৬% পর্যন্ত আঁচড় নিরাময়ের কার্যকারিতা অর্জিত হয়, যা কোটিং-এর কার্যকাল উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়িয়ে দেয়। এই গবেষণাটি প্রকৌশল উপকরণের পৃষ্ঠ সুরক্ষার জন্য একটি উদ্ভাবনী সমাধান প্রদান করে।

প্রকৌশল উপকরণের ক্ষেত্রে, আবরণী উপাদানের যান্ত্রিক ক্ষতি মেরামত করা দীর্ঘকাল ধরে একটি বড় চ্যালেঞ্জ হয়ে দাঁড়িয়েছে। যদিও প্রচলিত পলিইউরেথেন আবরণী চমৎকার আবহাওয়া প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং আনুগত্য প্রদর্শন করে, কিন্তু একবার আঁচড় বা ফাটল দেখা দিলে এদের সুরক্ষামূলক কার্যকারিতা দ্রুত হ্রাস পায়। জৈবিক স্ব-আরোগ্যকরণ প্রক্রিয়া দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়ে, বিজ্ঞানীরা গতিশীল সমযোজী বন্ধনের উপর ভিত্তি করে স্ব-আরোগ্যকারী উপাদান নিয়ে গবেষণা শুরু করেছেন, এবং এর মধ্যে ডিলস-অ্যাল্ডার (DA) বিক্রিয়া তার মৃদু বিক্রিয়া পরিস্থিতি এবং অনুকূল উভমুখীতার কারণে উল্লেখযোগ্য মনোযোগ আকর্ষণ করেছে। তবে, বিদ্যমান গবেষণা প্রধানত রৈখিক পলিইউরেথেন সিস্টেমের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে, যা ক্রস-লিঙ্কড পলিইউরেথেন পাউডার আবরণীর স্ব-আরোগ্যকরণ বৈশিষ্ট্য নিয়ে গবেষণায় একটি শূন্যতা তৈরি করেছে।

এই প্রযুক্তিগত বাধা অতিক্রম করতে, দেশীয় গবেষকরা উদ্ভাবনী উপায়ে একটি হাইড্রোক্সিলেটেড পলিয়েস্টার রেজিন সিস্টেমে দুটি ডিএ হিলিং এজেন্ট—ফিউরান-ম্যালিক অ্যানহাইড্রাইড এবং ফিউরান-বিসম্যালিইমাইড—প্রবর্তন করে চমৎকার স্ব-নিরাময় বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন একটি পলিউরেথেন পাউডার কোটিং তৈরি করেছেন। এই গবেষণায় হিলিং এজেন্টগুলোর গঠন নিশ্চিত করতে ¹H NMR, ডিএ/রেট্রো-ডিএ বিক্রিয়াগুলোর উভমুখীতা যাচাই করতে ডিফারেনশিয়াল স্ক্যানিং ক্যালোরিমেট্রি (DSC), এবং কোটিংগুলোর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য ও পৃষ্ঠতলের বৈশিষ্ট্যসমূহ পদ্ধতিগতভাবে মূল্যায়ন করতে সারফেস প্রোফাইলোমেট্রিসহ ন্যানোইন্ডেন্টেশন কৌশল ব্যবহার করা হয়েছে।

মূল পরীক্ষামূলক কৌশলের ক্ষেত্রে, গবেষক দল প্রথমে একটি দ্বি-পদক্ষেপ পদ্ধতি ব্যবহার করে হাইড্রোক্সিল-যুক্ত ডিএ হিলিং এজেন্ট সংশ্লেষণ করে। পরবর্তীতে, মেল্ট ব্লেন্ডিং-এর মাধ্যমে ৫ wt% এবং ১০ wt% হিলিং এজেন্টযুক্ত পলিউরেথেন পাউডার প্রস্তুত করা হয় এবং ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক স্প্রেয়িং ব্যবহার করে স্টিলের সাবস্ট্রেটের উপর প্রয়োগ করা হয়। হিলিং এজেন্টবিহীন কন্ট্রোল গ্রুপের সাথে তুলনা করে, পদার্থের বৈশিষ্ট্যের উপর হিলিং এজেন্টের ঘনত্বের প্রভাব পদ্ধতিগতভাবে অনুসন্ধান করা হয়।

1.এনএমআর বিশ্লেষণ নিরাময়কারী এজেন্টের গঠন নিশ্চিত করে

1H NMR বর্ণালী থেকে দেখা যায় যে, অ্যামিন-সন্নিবেশিত ফিউরান-ম্যালিক অ্যানহাইড্রাইড (HA-1) δ = 3.07 ppm এবং 5.78 ppm-এ বৈশিষ্ট্যসূচক DA রিং পিক প্রদর্শন করে, অপরদিকে ফিউরান-বিসম্যালিইমাইড অ্যাডাক্ট (HA-2) δ = 4.69 ppm-এ একটি সাধারণ DA বন্ধন প্রোটন সংকেত প্রদর্শন করে, যা নিরাময়কারী এজেন্টগুলির সফল সংশ্লেষণ নিশ্চিত করে।

2.ডিএসসি তাপীয়ভাবে বিপরীতমুখী বৈশিষ্ট্য প্রকাশ করে

DSC কার্ভগুলো থেকে দেখা যায় যে, হিলিং এজেন্টযুক্ত নমুনাগুলোতে ৭৫ °C তাপমাত্রায় DA বিক্রিয়ার জন্য তাপগ্রাহী শিখর এবং ১১০–১৬০ °C তাপমাত্রার পরিসরে রেট্রো-DA বিক্রিয়ার জন্য বৈশিষ্ট্যসূচক শিখর পরিলক্ষিত হয়। হিলিং এজেন্টের পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে সাথে শিখরের ক্ষেত্রফলও বৃদ্ধি পায়, যা এর চমৎকার তাপীয় প্রত্যাবর্তীতা প্রমাণ করে।

3.ন্যানোইনডেন্টেশন পরীক্ষা কাঠিন্যের উন্নতি দেখায়

গভীরতা-সংবেদনশীল ন্যানোইনডেন্টেশন পরীক্ষা থেকে দেখা গেছে যে, ৫ ওজন শতাংশ এবং ১০ ওজন শতাংশ হিলিং এজেন্ট যোগ করার ফলে আবরণের কাঠিন্য যথাক্রমে ৩% এবং ১২% বৃদ্ধি পেয়েছে। এমনকি ৮৫০০ ন্যানোমিটার গভীরতাতেও ০.২২৭ গিগাপ্যাসকেল কাঠিন্য বজায় ছিল, যার কারণ হলো হিলিং এজেন্ট এবং পলিউরেথেন ম্যাট্রিক্সের মধ্যে গঠিত ক্রস-লিঙ্কড নেটওয়ার্ক।

4.পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা বিশ্লেষণ

পৃষ্ঠতল অমসৃণতা পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, বিশুদ্ধ পলিউরেথেন আবরণ সাবস্ট্রেটের Rz মান ৮৬% হ্রাস করেছে, অপরদিকে হিলিং এজেন্টযুক্ত আবরণগুলিতে বড় কণার উপস্থিতির কারণে অমসৃণতা সামান্য বৃদ্ধি পেয়েছে। FESEM চিত্রগুলিতে হিলিং এজেন্ট কণাগুলির ফলে পৃষ্ঠতলের গঠনে সৃষ্ট পরিবর্তন দৃশ্যমানভাবে চিত্রিত হয়েছে।

5.আঁচড় নিরাময়ের কার্যকারিতায় যুগান্তকারী অগ্রগতি

অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি পর্যবেক্ষণে দেখা গেছে যে, ১০ ওজন শতাংশ হিলিং এজেন্টযুক্ত কোটিংগুলো ১২০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় ৩০ মিনিট ধরে তাপীয় প্রক্রিয়াজাতকরণের পর স্ক্র্যাচের প্রস্থ ১৪১ মাইক্রোমিটার থেকে ৯ মাইক্রোমিটারে হ্রাস পেয়েছে এবং ৯৩.৬% হিলিং দক্ষতা অর্জন করেছে। এই কার্যকারিতা লিনিয়ার পলিউরেথেন সিস্টেমের জন্য বিদ্যমান গবেষণাপত্রে উল্লিখিত কার্যকারিতার চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত।

নেক্সট ম্যাটেরিয়ালস-এ প্রকাশিত এই গবেষণাটি একাধিক নতুনত্ব উপস্থাপন করে: প্রথমত, উন্নত ডিএ-সংশোধিত পলিউরেথেন পাউডার কোটিংগুলো ভালো যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের সাথে স্ব-আরোগ্য ক্ষমতার সমন্বয় ঘটায়, যা কাঠিন্য ১২% পর্যন্ত বৃদ্ধি করে। দ্বিতীয়ত, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক স্প্রেয়িং প্রযুক্তির ব্যবহার ক্রস-লিঙ্কড নেটওয়ার্কের মধ্যে হিলিং এজেন্টের সুষম বিস্তার নিশ্চিত করে, যা প্রচলিত মাইক্রোক্যাপসুল কৌশলের সাধারণ অবস্থানগত ত্রুটি কাটিয়ে ওঠে। সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, এই কোটিংগুলো তুলনামূলকভাবে কম তাপমাত্রায় (১২০ °C) উচ্চ আরোগ্য দক্ষতা অর্জন করে, যা বিদ্যমান গবেষণাপত্রে উল্লিখিত ১৪৫ °C আরোগ্য তাপমাত্রার তুলনায় বৃহত্তর শিল্প প্রয়োগযোগ্যতা প্রদান করে। এই গবেষণাটি শুধুমাত্র ইঞ্জিনিয়ারিং কোটিংগুলোর কার্যকাল বাড়ানোর জন্য একটি নতুন পদ্ধতিই প্রদান করে না, বরং "হিলিং এজেন্টের ঘনত্ব–কার্যকারিতা" সম্পর্কের পরিমাণগত বিশ্লেষণের মাধ্যমে কার্যকরী কোটিংগুলোর আণবিক নকশার জন্য একটি তাত্ত্বিক কাঠামোও প্রতিষ্ঠা করে। হিলিং এজেন্টগুলোতে হাইড্রোক্সিলের পরিমাণ এবং ইউরেটডায়োন ক্রস-লিঙ্কারের অনুপাতের ভবিষ্যৎ অপ্টিমাইজেশন স্ব-আরোগ্যকারী কোটিংগুলোর কার্যকারিতার সীমাকে আরও প্রসারিত করবে বলে আশা করা যায়।