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智能聚合物材料為金屬防腐打開新世界的大門，不僅能保護還能自我修復

文章來源：cnBeta，日月明尊，小鯉佳成更新時間：2023-09-01 15:39:10

金屬腐蝕是全世界工業中最嚴重的問題之一。據專家稱，目前全球損失已達2.5萬億美元，約占世界GDP的3.5%。現在許多企業尋求通過防止金屬結構破壞的措施來降低此類成本。主要是在金屬表面沉積一層保護性有機聚合物涂層。然而，活性成分的效果不夠，并且會因環境（光和氧氣）的影響而降解，這就是涂層必須再次修復的原因。這種修復、去除有缺陷的層并應用新的層被認為是一種昂貴且耗時的過程，因此，正在尋找新材料，可以有效地保護金屬免受腐蝕。彼爾姆理工大學的科學家合成了一種具有記憶效應的新型聚合物，變形后可以自我修復。

一篇包含該研究結果的文章發表在《聚合物》雜志上。俄羅斯科學院烏拉爾分院的科學家也參與了開發。

智能聚合物材料

在科技的持續發展與進步中，材料科學一直扮演著關鍵的角色，聚合物材料作為一類重要的功能性材料，在過去幾十年中得到了廣泛的研究和應用，隨著科學技術的不斷進步，智能聚合物材料作為一種新興材料，日益受到人們的關注和研究。

智能聚合物材料是一類能夠在外界刺激下表現出特定響應行為的高級材料，這種材料能夠對溫度、pH值、光照、電磁場等環境因素做出自主適應，并通過改變其結構或性能來實現智能功能。

智能聚合物材料的引入為許多傳統應用領域帶來了全新的可能性，并在醫學、電子、環保和能源等領域展現出巨大的潛力。

智能聚合物材料具有獨特的特性，其最顯著的特點是響應性和適應性，響應性是指智能聚合物材料能夠對外界刺激做出特定的反應。

智能聚合物材料還具有良好的可調節性和可控性，通過調整材料的組分、結構和制備方法，可以實現不同程度的響應和適應效果。

智能聚合物材料通常具有優異的機械性能、化學穩定性和生物相容性，這使得它們在各個領域都具有廣泛的應用前景。

智能聚合物，可以保護金屬免受腐蝕

“智能”聚合物類別是在外部刺激（例如熱）的影響下由于分散過程而暫時變形后能夠恢復其原始形狀的材料。記憶聚合物通常用于航空航天、醫藥、電子和許多其他行業。據理工學院介紹，未來在金屬表面涂覆此類物質將節省高達30%的防腐蝕成本，而且其生產也將變得簡單。

“自修復聚合物這一前景光明的技術為在極少或無需人為干預的情況下恢復涂層的保護性能開辟了新的可能性。我們創建了一種簡單有效的聚合物合成方法，產品收率很高，接近 94%。它由在催化劑存在下用丙烯酸處理過的低聚二醇分子組成。制造技術非常簡單，因此您可以安全地達到生產規模。”PNRPU 技術科學候選人 Dmitry Kiselkov 說道。

為了獲得必要的材料，科學家們分兩個階段進行了實驗。在第一所理工學院，低聚二醇、丙烯酸和其他物質在圓底燒瓶中混合，然后發生反應。接下來，研究人員去除沉淀物并過濾所得物質。第二階段包括用環氧醇-縮水甘油處理所得低聚物并隨后干燥。

“合成后，我們對在 Instron 3365 機器上獲得的材料樣品進行了機械測試。使用它，我們確定了我們合成的聚合物的性能特征：彈性、應力、強度（包括張力）和其他參數。另外，還進行了記憶特性的彎曲測試。我們在不同的方向和不同的溫度下使樣品變形。獲得的結果表明，用低聚胺固化的聚合物具有較高的形狀固定系數，在 50 度的溫度下恢復時間長達 60 秒。”PNRPU 化學技術系副教授 Aleksey Slobodinyuk 說道。

科學家們還測試了制備的涂層的自愈能力。為此，他們用抹刀刮擦金屬表面，然后將其加熱至 60 度。實驗結果顯示，所產生的聚合物完全恢復，劃痕也愈合了。

因此，科學家們創造了一種合成具有記憶特性的高性能聚合物的方法，可以輕松地擴大規模用于工業用途。這將能夠顯著降低防止金屬形成腐蝕的措施的成本。

新防腐蝕聚合物會突出展示損害部位并自我修復

蘇黎世聯邦理工學院的工程師們已經開發出一種多功能的新材料，它應該有助于正在進行的與建筑物和車輛腐蝕問題的拉鋸戰。這種聚合物涂層不僅可以防止腐蝕，而且可以在裂縫形成時突出顯示、自動修復自身的損壞，并在其壽命結束時可以回收利用。

這種新材料被稱為聚苯亞甲基，或簡稱PPM，它可以被噴到一個表面上，在那里它硬化成一個固體聚合物涂層。為了測試它作為腐蝕屏障的性能如何，該團隊進行了一項加速老化實驗，將鋁合金樣品暴露在有或沒有PPM涂層的鹽溶液中，涂有30和50微米厚的PPM層的金屬在加速老化的許多周期后沒有顯示出明顯的腐蝕。

PPM還顯示了自我修復能力。當研究小組故意劃傷涂層，然后將其暴露在溶液中時，發現它能迅速自行修補斷裂處。這是因為溶液與下面的鋁發生反應，導致該區域升溫并融化聚合物，使其剛好流入缺口，缺口被填滿后，溶液和金屬之間的接觸被打破，冷卻下來的涂層就會再次變硬。

這種聚合物也會對這種損壞發出預先警告，提醒需要人為干預。PPM在紫外光下會發出熒光，但如果它被損壞就不會發出熒光，這樣就可以清楚地檢查出可能難以發現的裂縫。

即使在其壽命結束時，這種超強的材料也不會停止--它可以被回收并應用于新的表面。相比之下，類似的聚合物只能被扔進垃圾場或焚燒。在測試中，研究人員將其移除并回收，材料僅損失了5%，即使經過五個循環的重復使用，其性能也沒有下降。

研究人員目前正在為這種材料申請專利，而進一步的工作將研究如何改進這種配方。

該研究發表在《聚合物》雜志上。

原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_531860.html
來源：賢集網
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