Självläkande mekanism av miljövänligt skyddande beläggningsmaterial för fordon inklusive dynamiskt polymernätverk och fototermiskt färgämne. Kredit:Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)
Forskare har utvecklat ett transparent skyddande beläggningsmaterial som kan självläka på 30 minuter när det utsätts för solljus.
Utmärkt hållbarhet hos bilbeläggningar är den viktigaste frågan för att skydda en fordonsyta. Dessutom bör skyddande beläggningsmaterial vara färglösa och transparenta så att produktens ursprungliga färg kan ses. Det är dock svårt att tillhandahålla en självläkande funktion samtidigt som man uppfyller alla dessa villkor. Material med fri molekylär rörelse har hög självläkande effektivitet, men har låg hållbarhet, medan material med hög hårdhet och utmärkt hållbarhet har anmärkningsvärt dålig självläkande prestanda.
Forskargruppen av Dr Jin Chul Kim, Dr Young il Park och Dr Ji-Eun Jeong från Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) har utvecklat ett transparent beläggningsmaterial som uppfyller alla ovanstående villkor och har liknande prestanda jämfört med kommersiella skyddande beläggningsmaterial och kan självläkande med endast solljus (särskilt nära infrarött ljus i solljus, i våglängdsområdet 1 000 till 1 100 nm).
Med det utvecklade självläkande skyddsmaterialet kan ytrepor läka på 30 minuter när de utsätts för solljus. För att demonstrera den självläkande prestandan hos det utvecklade beläggningsmaterialet belade forskargruppen en modellbil i laboratorieskala med en spraybeläggningsmaskin. När modellbilen utsattes för middagssol i cirka 30 minuter försvann en repa helt och ytan på beläggningsmaterialet återställdes.
När solljus absorberas av det utvecklade materialet stiger yttemperaturen när ljusenergi omvandlas till termisk energi. Därefter gör den ökade yttemperaturen det möjligt att självläka en ytrepa genom att upprepa dissociationen och rekombinationen av kemiska bindningar i polymerstrukturen.
Till det befintliga kommersiella beläggningshartset lade forskargruppen till en dynamisk kemisk bindning (hindrad ureastruktur) som kan upprepa sönderdelningen och rekombinationen av polymerstrukturen, och blandade den med ett transparent fototermiskt färgämne för att inducera dynamisk kemisk bindning aktivt vid exponering för solljus .
Tidigare studier med fototermiska färgämnen var huvudsakligen baserade på oorganiska material som är svåra att applicera industriellt då beläggningsmaterialet ska vara transparent. Dessutom kräver oorganiska material en stor mängd ljusenergi för att producera en fototermisk effekt.
Självläkande yta på en modellbil efter repor när den utsätts för fokuserat solljus med ett förstoringsglas (övre) eller för solljus direkt (nedåt). Kredit:Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)
Forskargruppen använde transparenta organiska fototermiska färgämnen som kan absorbera nära-infrarött ljus. Nära-infrarött ljus är en energikälla med lång våglängd som står för mindre än 10 % av middagssolljuset och kan därmed kringgå en överdriven ökning av fordonets yttemperatur. Dessutom har organiska fototermiska färgämnen flera fördelar för kommersialisering:De påverkar inte produktens färg på grund av sin inneboende färglöshet, blandas lätt med färger och är billiga.
I framtiden kan det utvecklade självläkande materialet användas som beläggningsmaterial för transportapplikationer, elektroniska enheter som smartphones och datorer och byggmaterial. Dessutom förväntas det bidra till att förverkliga koldioxidneutralitet genom att minska användningen av skadliga organiska lösningsmedel, som genereras i stora mängder vid ommålning av fordon.
Denna forskning publicerades som tilläggsomslaget till maj 2022-numret av ACS Applied Polymer Materials .
Dr. Jin Chul Kim från KRICT, forskningschefen, sa:"Den utvecklade tekniken är en plattformsteknik som syntetiserar självläkande beläggningsmaterial med användning av både billiga kommersiella polymermaterial och fototermiska färgämnen. Den förväntas användas i stor utsträckning inte bara inom bilindustrin. klarlacker men också i olika applikationer." + Utforska vidare
