Para solucionar o problema dos revestimentos de poliuretano convencionais, que são propensos a danos e carecem de capacidade de autorreparação, pesquisadores desenvolveram revestimentos de poliuretano autorreparadores contendo 5% e 10% em peso de agentes de cura por meio do mecanismo de cicloadição de Diels-Alder (DA). Os resultados indicam que a incorporação de agentes de cura aumenta a dureza do revestimento em 3% a 12% e atinge eficiências de reparação de riscos de 85,6% a 93,6% em 30 minutos a 120 °C, estendendo significativamente a vida útil dos revestimentos. Este estudo fornece uma solução inovadora para a proteção de superfícies de materiais de engenharia.
Na área de materiais de engenharia, o reparo de danos mecânicos em revestimentos tem sido um grande desafio. Embora os revestimentos de poliuretano tradicionais apresentem excelente resistência às intempéries e adesão, seu desempenho protetor deteriora-se rapidamente após o surgimento de arranhões ou fissuras. Inspirados por mecanismos biológicos de autorreparação, cientistas começaram a explorar materiais autorreparadores baseados em ligações covalentes dinâmicas, com a reação de Diels-Alder (DA) ganhando destaque devido às suas condições de reação brandas e reversibilidade favorável. No entanto, as pesquisas existentes têm se concentrado principalmente em sistemas de poliuretano linear, deixando uma lacuna no estudo das propriedades de autorreparação em revestimentos em pó de poliuretano reticulado.
Para superar essa barreira técnica, pesquisadores nacionais introduziram de forma inovadora dois agentes de cura do tipo DA — anidrido furano-maleico e furano-bismaleimida — em um sistema de resina de poliéster hidroxilada, desenvolvendo um revestimento em pó de poliuretano com excelentes propriedades de autorreparação. O estudo utilizou RMN de ¹H para confirmar a estrutura dos agentes de cura, calorimetria diferencial de varredura (DSC) para verificar a reversibilidade das reações DA/retro-DA e técnicas de nanoindentação juntamente com perfilometria de superfície para avaliar sistematicamente as propriedades mecânicas e as características da superfície dos revestimentos.
Em termos de técnicas experimentais essenciais, a equipe de pesquisa sintetizou inicialmente agentes de cura DA contendo hidroxila utilizando um método de duas etapas. Posteriormente, pós de poliuretano contendo 5% e 10% em peso de agentes de cura foram preparados por meio de mistura no estado fundido e aplicados em substratos de aço utilizando pulverização eletrostática. Comparando com grupos de controle sem agentes de cura, a influência da concentração do agente de cura nas propriedades do material foi investigada sistematicamente.
1.Análise de RMN confirma a estrutura do agente cicatrizante
Os espectros de RMN de ¹H mostraram que o anidrido maleico com amina inserida (HA-1) exibiu picos característicos do anel DA em δ = 3,07 ppm e 5,78 ppm, enquanto o aduto furano-bismaleimida (HA-2) apresentou um sinal típico de próton da ligação DA em δ = 4,69 ppm, confirmando a síntese bem-sucedida dos agentes cicatrizantes.
2.A DSC revela características termicamente reversíveis.
As curvas DSC indicaram que as amostras contendo agentes de cura exibiram picos endotérmicos para a reação de Diels-Alder a 75 °C e picos característicos para a reação retro-Diels-Alder na faixa de 110–160 °C. A área do pico aumentou com o maior teor de agente de cura, demonstrando excelente reversibilidade térmica.
3.Testes de nanoindentação mostram melhoria na dureza
Testes de nanoindentação sensíveis à profundidade revelaram que a adição de 5% e 10% em peso de agentes de cura aumentou a dureza do revestimento em 3% e 12%, respectivamente. Um valor de dureza de 0,227 GPa foi mantido mesmo a uma profundidade de 8500 nm, atribuído à rede reticulada formada entre os agentes de cura e a matriz de poliuretano.
4.Análise da Morfologia da Superfície
Os testes de rugosidade superficial mostraram que os revestimentos de poliuretano puro reduziram o valor Rz do substrato em 86%, enquanto os revestimentos com agentes de cura apresentaram um ligeiro aumento na rugosidade devido à presença de partículas maiores. As imagens de MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) ilustraram visualmente as alterações na textura da superfície resultantes das partículas do agente de cura.
5.Avanço na eficiência de cicatrização de arranhões
Observações por microscopia óptica demonstraram que revestimentos contendo 10% em peso de agente de cura, após tratamento térmico a 120 °C por 30 minutos, apresentaram uma redução na largura do risco de 141 μm para 9 μm, atingindo uma eficiência de cura de 93,6%. Esse desempenho é significativamente superior ao relatado na literatura existente para sistemas de poliuretano linear.
Publicado na revista Next Materials, este estudo oferece diversas inovações: Primeiro, os revestimentos em pó de poliuretano modificados com DA combinam boas propriedades mecânicas com capacidade de autorreparação, alcançando um aumento de dureza de até 12%. Segundo, o uso da tecnologia de pulverização eletrostática garante a dispersão uniforme dos agentes de cura dentro da rede reticulada, superando a imprecisão de posicionamento típica das técnicas tradicionais de microencapsulação. Mais importante ainda, esses revestimentos atingem alta eficiência de cura a uma temperatura relativamente baixa (120 °C), oferecendo maior aplicabilidade industrial em comparação com a temperatura de cura de 145 °C relatada na literatura existente. O estudo não apenas fornece uma nova abordagem para estender a vida útil de revestimentos de engenharia, mas também estabelece uma estrutura teórica para o projeto molecular de revestimentos funcionais por meio de sua análise quantitativa da relação “concentração do agente de cura – desempenho”. Espera-se que a otimização futura do teor de hidroxila nos agentes de cura e da proporção de agentes de reticulação de uretdiona impulsione ainda mais os limites de desempenho dos revestimentos autorreparadores.
Data da publicação: 15 de setembro de 2025