Untuk mengatasi masalah lapisan poliuretan konvensional yang rentan terhadap kerusakan dan kurangnya kemampuan penyembuhan diri, para peneliti mengembangkan lapisan poliuretan penyembuhan diri yang mengandung 5% dan 10% berat agen penyembuhan melalui mekanisme sikloadisi Diels–Alder (DA). Hasilnya menunjukkan bahwa penambahan agen penyembuhan meningkatkan kekerasan lapisan sebesar 3%–12% dan mencapai efisiensi penyembuhan goresan sebesar 85,6%–93,6% dalam waktu 30 menit pada suhu 120 °C, yang secara signifikan memperpanjang masa pakai lapisan. Studi ini memberikan solusi inovatif untuk perlindungan permukaan material teknik.
Di bidang material teknik, perbaikan kerusakan mekanis pada material pelapis telah lama menjadi tantangan utama. Meskipun pelapis poliuretan tradisional menunjukkan ketahanan cuaca dan daya rekat yang sangat baik, kinerja perlindungannya menurun dengan cepat begitu terjadi goresan atau retakan. Terinspirasi oleh mekanisme penyembuhan diri biologis, para ilmuwan telah mulai mengeksplorasi material penyembuhan diri berdasarkan ikatan kovalen dinamis, dengan reaksi Diels–Alder (DA) mendapatkan perhatian yang signifikan karena kondisi reaksinya yang ringan dan reversibilitas yang menguntungkan. Namun, penelitian yang ada sebagian besar berfokus pada sistem poliuretan linier, sehingga meninggalkan celah dalam studi sifat penyembuhan diri pada pelapis bubuk poliuretan yang terikat silang.
Untuk mengatasi hambatan teknis ini, para peneliti dalam negeri secara inovatif memperkenalkan dua agen penyembuhan DA—furan-maleat anhidrida dan furan-bismaleimida—ke dalam sistem resin poliester terhidroksilasi, mengembangkan lapisan bubuk poliuretan dengan sifat penyembuhan diri yang sangat baik. Studi ini menggunakan ¹H NMR untuk mengkonfirmasi struktur agen penyembuhan, kalorimetri pemindaian diferensial (DSC) untuk memverifikasi reversibilitas reaksi DA/retro-DA, dan teknik nanoindentasi bersama dengan profilometri permukaan untuk secara sistematis mengevaluasi sifat mekanik dan karakteristik permukaan lapisan.
Dalam hal teknik eksperimental utama, tim peneliti pertama-tama mensintesis agen penyembuhan DA yang mengandung gugus hidroksil menggunakan metode dua langkah. Selanjutnya, bubuk poliuretan yang mengandung 5% dan 10% berat agen penyembuhan disiapkan melalui pencampuran leleh, dan diaplikasikan pada substrat baja menggunakan penyemprotan elektrostatik. Dengan membandingkan dengan kelompok kontrol tanpa agen penyembuhan, pengaruh konsentrasi agen penyembuhan terhadap sifat material diselidiki secara sistematis.
1.Analisis NMR Memastikan Struktur Agen Penyembuhan
Spektrum 1H NMR menunjukkan bahwa furan-maleat anhidrida yang disisipkan amina (HA-1) menunjukkan puncak cincin DA karakteristik pada δ = 3,07 ppm dan 5,78 ppm, sedangkan aduk furan-bismaleimida (HA-2) menampilkan sinyal proton ikatan DA tipikal pada δ = 4,69 ppm, yang mengkonfirmasi keberhasilan sintesis agen penyembuhan tersebut.
2.DSC Mengungkap Karakteristik yang Dapat Dibalik Secara Termal
Kurva DSC menunjukkan bahwa sampel yang mengandung agen penyembuhan menunjukkan puncak endotermik untuk reaksi DA pada 75 °C dan puncak karakteristik untuk reaksi retro-DA dalam kisaran 110–160 °C. Luas puncak meningkat seiring dengan peningkatan kandungan agen penyembuhan, menunjukkan reversibilitas termal yang sangat baik.
3.Pengujian Nanoindentasi Menunjukkan Peningkatan Kekerasan
Pengujian nanoindentasi sensitif kedalaman mengungkapkan bahwa penambahan 5 wt% dan 10 wt% agen penyembuhan meningkatkan kekerasan lapisan masing-masing sebesar 3% dan 12%. Nilai kekerasan sebesar 0,227 GPa dipertahankan bahkan pada kedalaman 8500 nm, yang disebabkan oleh jaringan ikatan silang yang terbentuk antara agen penyembuhan dan matriks poliuretan.
4.Analisis Morfologi Permukaan
Pengujian kekasaran permukaan menunjukkan bahwa lapisan poliuretan murni mengurangi nilai Rz substrat sebesar 86%, sedangkan lapisan dengan agen perbaikan menunjukkan sedikit peningkatan kekasaran karena adanya partikel yang lebih besar. Gambar FESEM secara visual mengilustrasikan perubahan tekstur permukaan yang dihasilkan dari partikel agen perbaikan.
5.Terobosan dalam Efisiensi Penyembuhan Goresan
Pengamatan mikroskop optik menunjukkan bahwa lapisan yang mengandung 10% berat agen penyembuhan, setelah perlakuan panas pada suhu 120 °C selama 30 menit, menunjukkan pengurangan lebar goresan dari 141 μm menjadi 9 μm, mencapai efisiensi penyembuhan sebesar 93,6%. Kinerja ini secara signifikan lebih unggul daripada yang dilaporkan dalam literatur yang ada untuk sistem poliuretan linier.
Diterbitkan di Next Materials, studi ini menawarkan beberapa inovasi: Pertama, lapisan bubuk poliuretan yang dimodifikasi DA yang dikembangkan menggabungkan sifat mekanik yang baik dengan kemampuan penyembuhan diri, mencapai peningkatan kekerasan hingga 12%. Kedua, penggunaan teknologi penyemprotan elektrostatik memastikan dispersi agen penyembuhan yang seragam di dalam jaringan yang terikat silang, mengatasi ketidakakuratan penempatan yang khas dari teknik mikrokapsul tradisional. Yang terpenting, lapisan ini mencapai efisiensi penyembuhan yang tinggi pada suhu yang relatif rendah (120 °C), menawarkan penerapan industri yang lebih besar dibandingkan dengan suhu penyembuhan 145 °C yang dilaporkan dalam literatur yang ada. Studi ini tidak hanya memberikan pendekatan baru untuk memperpanjang masa pakai lapisan teknik tetapi juga menetapkan kerangka kerja teoretis untuk desain molekuler lapisan fungsional melalui analisis kuantitatif hubungan "konsentrasi agen penyembuhan–kinerja". Optimalisasi lebih lanjut dari kandungan hidroksil dalam agen penyembuhan dan rasio pengikat silang uretdion diharapkan dapat lebih mendorong batas kinerja lapisan penyembuhan diri.
Waktu posting: 15 September 2025