در این پژوهش، سامانه ای بر پایه پلی یورتان سوپرامولکولی فلوئورینه شده طراحی و بررسی شده است که دارای ویژگی های خودترمیم شوندگی ذاتی و فوق آب گریزی است. عملکرد خودترمیمی این سامانه بر اساس پیوندهای هیدروژنی طراحی شده که یکی از راهکارهای ایجاد ساختارهای سوپرامولکولی محسوب می شود. برای این منظور، از مولکول یوریدوپیریمیدینون (UPy) استفاده شده که قادر به تشکیل پیوندهای هیدروژنی چهارگانه است. این مولکول پس از عامل دار شدن با ایزوسیانات، با گروه های هیدروکسیل موجود در پلی ال اکریلیک واکنش داده و بخشی از پیوندهای کووالانسی را جایگزین می کند تا پلی یورتانی با قابلیت خودترمیمی تولید شود.
ساختار نهایی با استفاده از آزمون های طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و تشدید مغناطیسی هسته (NMR) مورد تأیید قرار گرفت. با توجه به اینکه پلی یورتان ها به دلیل وجود فازهای سخت و نرم می توانند حافظه شکلی ایجاد کنند، که با استناد بر این حقیقت که حضور پیوندهای هیدروژنی می تواند این قابلیت را تقویت کند. عملکرد این سامانه با آزمون های مکانیکی-حرارتی نیز مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج نشان دادند که نمونه کنترل (بدون پیوند هیدروژنی) دارای نرخ بازیابی شکل 62% است، در حالی که با جایگزینی پیوندهای کوالانسی با پیوندهای هیدروژنی با اضافه کردن ساختار UPy دارنده پیوندهای هیدروژنی تا 25% ) نمونه (UPy25، نرخ بازیابی شکل به 6/99% افزایش یافت. اما با افزایش بیشتر ساختار UPy تا 45% و 75% (نمونه های UPy45 وUPy75)، این نرخ کمی کاهش یافته و به ترتیب به 3/98 % و 8/97 % رسید.
از سوی دیگر، میزان خودترمیم شوندگی این سامانه ها تحت شرایط دمایی مختلف و با ترک هایی در اندازه های گوناگون با استفاده از آزمون های رئولوژیکی و میکروسکوپ نوری بررسی شد. در پوشش های پلی یورتان با حافظه شکلی خودترمیم شونده(SHSMPU) بر پایه اکریلیک (AC) دارنده پیوند هیدروژنی SHSMPU-AC-UPy(0-100)، به دلیل دمای انتقال شیشه ای نسبتا بالا (70 تا 100 درجه سانتی گراد)، ترمیم تنها در دماهای بالا ممکن بود که با اهداف این تحقیق هم راستا نبود. بنابراین به منظور کاهش دمای انتقال شیشه ای پوشش و تسهیل فرآیند ترمیم در دماهای پایین تر (حدود 25 تا 50 درجه سانتی گراد)، از بسط دهنده های زنجیری الیفاتیک مانند پلی اتیلن گلایکول ( با Tg حدود 41- درجه سانتی گراد) استفاده شد. این اصلاح باعث شد در پوشش هایی با ضخامت 50 میکرون و ترک هایی با عرض کمتر از 10 میکرون، میزان خودترمیمی در دمای 40 تا 50 درجه سانتیگراد و در مدت 10 دقیقه برای نمونه پلی یورتان با حافظه شکلی خودترمیم شونده با پایه اکریلیک-پلی اتیلن گلایکول (ACP) دارنده پیوند هیدروژنی SHSMPU-ACP-UPy45 تا حدود 100 افزایش یابد. همچنین ارزیابی ویژگی های رئولوژیکی قبل و بعد از ترک و ترمیم، در نمونه هایی با ضخامت 1000 میکرون مانند SHSMPU-AC-UPy0 و SHSMPU-AC-UPy45، نشان دهنده افزایش راندمان ترمیم از 2/50 % به 94% بود.
در ادامه، برای دستیابی به خاصیت فوق آب گریزی، ابتدا زنجیره های پلیمری فلوئورینه شدند تا زاویه تماس قطره آب با سطح پوشش به بیش از 90 درجه افزایش یابد. سپس با افزودن نانوویسکرهای سیلیکون کاربید و افزایش زبری سطح، این زاویه تماس به حدود 158 و 147 درجه در پوشش های FMN-SHSMPU-AC-UPy45 و FMN-SHSMPU-ACP-UPy45 رسید.

کلید واژه ها: خود ترمیم شوندگی، فوق آبگریز، پلی یورتان، پیوندهای هیدروژنی، سوپرامولکولی، حافظه شکلی