خاصیت خود ترمیمی روکشهای کامپوزیتی بر پایه رنگ اپوکسی تقویت شده با چیتوسان

[P O U R I A]

چیتوسان یک ماده آمینو پلی ساکاریدی است که به طور طبیعی در پوست سخت پوستان وجود دارد. ساختار شیمیایی این ماده به الیاف گیاهی سلولزی شباهت دارد. در زیست داروها، آنتی بیوتیکها و در بخشهای مختلف زندگی روزانه از چیتوسان به وفور استفاده می گردد.

در سالهای اخیر خاصیت خود ترمیمی چیتوسان بسیار مورد توجه قرار گرفته است. لذا تحقیقاتی در حال انجام است تا با استفاده از چیتوسان، کامپوزیتهای خود ترمیم تولید شوند. اخیراً با استفاده از چیتوسان، رنگ اپوکسی با خاصیت خود ترمیمی تولید شده است و با استفاده از این پلیمر تقویت شده می توان سطوح شیشه ای را روکش نمود. به این ترتیب اگر در سطح شیشه خراشی ایجاد گردد به صورت خود به خود ترمیم می گردد. سطح شیشه ای ترمیم شده که در زیر روکش اپوکسی قرار گرفته است، توسط دستگاه طیف سنج مادون قرمز تبدیل به فوریه و طیف سنج متفرق کننده انرژی بررسی شد تا در آن خراشی باقی نمانده باشد.

دستگاه طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه به کامپیوتر متصل است. در این طیف سنج با استفاده عملیات ریاضی تبدیل به فوریه، از طیف مادون قرمز نموداری رسم می گردد. نمودار مذکور بر اساس نسبت شدت امواج مادون قرمز به فرکانس آن ترسیم می شود. با استفاده از این نمودار، کامپیوتر امواج مادون قرمز جذب شده را از امواج مادون قرمز تابیده شده جدا می کند. علاوه بر مراحل مذکور، سطح شیشه ای ترمیم شده تحت آزمایش خود ترمیمی نیز قرار گرفت تا نتیجه اصلی این تحقیقات مشخص گردد.

در آزمایش خود ترمیمی، به وسیله یک سوزن بسیار نازک روی سطح شیشه خراشی ایجاد گشت و در فواصل زمانی مشخص با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی سطح شیشه پایش گردید. به این ترتیب مشخص گردید که رنگ اپوکسی تقویت شده با چیتوسان دارای خاصیت خود ترمیمی می باشد. در تحقیق حاضر مکانیسم خودترمیمی نیز به دقت مطالعه شده است.
ماده خود ترمیم کننده از این توانایی ذاتی برخوردار است که در صورت بروز هر گونه آسیبی می تواند خود را ترمیم نماید و مدتها فعال باقی بماند. به این ترتیب خواص مکانیکی ماده خود ترمیم حفظ می گردد.

گرمانرم هایی که خاصیت خود ترمیمی ندارند در اثر شکست ناشی از ایجاد ترک و سوراخ یا در اثر بد شکل شدن، خواص مکانیکی اولیه خود را از دست می دهند .
مواد مهندسی شده ای نظیر فلزات، پلیمرها، سرامیک، سیمان، الاستومرها (پلیمرهایی که قابلیت ارتجاعی زیادی دارند) و کامپوزیت های تقویت شده با الیاف در اثر شرایط محیطی، خستگی و آسیب هایی که در دوره خدمت رسانی خود می بینند، خواص مکانیکی اولیه خود را از دست می دهند. این آسیب ها معمولاً در مقیاس میکروسکوپ رخ می دهند و ملموس نیستند و باید با بازرسی دوره ای به آسیبها پی برد و در صدد رفع آنها بر آمد. به این ترتیب است که از گسترش این صدمات جلوگیری می گردد و سازه با شکست مواجه نمی شود.

مواد خود ترمیم کننده مانع می شوند که در اثر آسیبهای ماکروسکوپیک، خواص مکانیکی سازه افت یابد. به این ترتیب که طی مرحله فعالسازی در آنها یک مکانیسم خود ترمیمی شروع می گردد .
در مواد مهندسی شده، مکانیسم خود ترمیمی طی چند مرحله انجام می گیرد. با استفاده از فناوری نانو نیز میتوان مواد خود ترمیم کننده جدیدی تولید نمود.
سیستم زیستی موجودات به گونه ای است که پس از ایجاد زخم می توانند آنرا خود به خود معالجه کند. مواد خود ترمیم کننده نیز با الهام گرفتن از همین سیستم تولید شده اند. ترک یا هر آسیب دیگری که در مقیاس میکروسکوپیک رخ می دهد، خواص حرارتی، الکتریکی و صوتی ماده را تغییر می دهد که در نهایت به شکست آن ماده می انجامد. از آنجا که ترک ها به سختی قابل رویت می باشند نمیتوان آنها را با روشهای دستی تعمیر نمود.
موادی که ذاتاً دارای خاصیت خود ترمیمی می باشند هزینه تعمیر را در صنعت کاهش می دهند و از آنجا که پس از انجام فرآیند خود ترمیمی خواص مکانیکی آنها کاهش نمی یابد با گذشت زمان ساختار سازه صنعتی دچار شکست نمی گردد و هزینه های گزافی به بار نمی آید.




منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت-شماره 50

 

[P O U R I A]

تحقیقات زیادی صورت گرفته است تا فلزات، سرامیک و پلیمرهای خود ترمیم کننده ای تولید شوند. مواد مذکور خواص ذاتی متفاوتی دارند اما در همه آنها فرآیند خود ترمیمی از یک قاعده کلی تبعیت می کند.

فرایند خود ترمیمی می تواند در دو سطح میکروسکوپ و ماکروسکوپ اتفاق بیفتد. وجود یک فاز متحرک (سیال) اساس خود ترمیمی یک آسیب مکانیکی می باشد زیرا فاز متحرک می تواند ترک را پر کند.

اگر ماده ای آسیب ببیند در آن تَرَک ایجاد می گردد. در این هنگام ترک یا یک محرک خارجی دیگر باعث آزاد شدن فاز متحرک می گردد و فاز متحرک به سمت ترک حرکت می کند و پس از انجام یکسری فعل و انفعالات فیزیکی یا واکنشهای شیمیایی، ترک بسته می شود. بعد از آنکه ترک به صورت خود به خود ترمیم شد، فاز متحرک، از حرکت می ایستد و خواص مکانیکی خود را مجدداً باز می یابد. البته بهترین حالت خود ترمیمی نیز همین است که فاز متحرک مجدداً کلیه خواص مکانیکی اولیه خود را به دست آورد.

گروهی از محققان، یک ماده مصنوعی تولید کرده اند که به طور خود به خود ترمیم می گردد. در واقع این ماده یک ماده پلیمر اپوکسی است که حاوی میکرو کپسولهایی می باشد. میکروکپسولهای مذکور با یک منومر مایع گرماسخت پر شده اند. اگر این ماده مصنوعی دچار ترک گردد میکروکپسول پاره می شود و منومر داخل آن آزاد میگردد. منومر مذکور با کمک کاتالیستی که در زمینه پلیمر پراکنده شده است، در یک واکنش پلیمریزاسیون شرکت می کند و ترک بسته می شود. این سیستم خود ترمیمی در پلیمرهای خاص و در روکش پلیمری از خود عملکرد بالایی نشان داده است.

کامپوزیتهای زمینه سرامیکی تقویت شده با سیلیکون کاربید و مواد سرامیکی نظیر اکسیدهای سیلیسیم و تیتانیم و غیر اکسیدهایی نظیر سیلیکون کاربید، در دماهای بالا از خود خواص خود ترمیمی نشان می دهند.

روکشهای سرامیکی که خاصیت نیمه هادی دارند، روکشهای نانو کامپوزیتهای سیلیکاتی و کامپوزیتهای تقویت شده با الیاف سیلیکون کاربید، در مجاورت اکسیژن واکنش شیمیایی انجام داده و خاصیت خود ترمیمی می یابد. برای شکستن پیوندهای یونی و کووالانسی موجود در سرامیک و ایجاد پیوند های جدید جهت آغاز پدیده خود ترمیمی، انرژی زیادی مورد نیاز است.

به عنوان مثال برای شروع پدیده خود ترمیمی در کامپوزیت مولایت- سیلیکون کاربید به 1300 درجه سانتی گراد دما نیاز دارد. لازم به ذکر است که مولایت یک ماده دیر گداز می باشد. در دمای بالاتر از 950 درجه سانتی گراد، مولایت به صورت مصنوعی از کانی رس ایجاد می گردد و در دمای 1840 درجه سانتی گراد ذوب می گردد. مقدار زیاد مولایت در یک ماده دیرگداز باعث افزایش مقاومت در برابر حرارت می شود.

در مشعل نسوز کوره ذوب شیشه، گرمای ناشی از اکسیداسیون انرژی لازم برای پدیده خود ترمیمی را فراهم می نماید و به این ترتیب روی سیلیکون کاربید(ماده نسوز) مشعل نازل سوخت، یک لایه اکسید محافظ خوردگی تشکیل می شود. به عبارت دیگر یک ماده پر کننده به نام دی سیلیسید مولیبدن، به سیلیکون کاربید اضافه می شود و این مخلوط توسط اکسیژنی که به مشعل نازل سوخت وارد می گردد اکسیده می شود و دی اکسید سیلیسیم تشکیل می گردد. دی اکسید سیلیسیم، ترک موجود در سرامیک سقف کوره را کاملا می بندد.

اگرچه برای تحقیق در مورد پدیده خود ترمیمی ابتدا فلزات و سرامیکها مورد مطالعه قرار گرفتند اما تا کنون روی خود ترمیمی در پلیمرها و کامپوزیتها تحقیقات بیشتری صورت گرفته است. علت هم این است که در دمای پایین جنبش مولکولهای پلیمر افزایش می یابد و عامل دار کردن پلیمرها و اصلاح خواص مواد توسط آنها نیز توسط حجم وسیعی از مولکولها انجام می شود که دائما در حال جنبش هستند. در این زمینه اتم ها نقش چندانی ندارند زیرا در مولکولهای پلیمر، اتم ها با پیوند کووالانسی به یکدیگر متصل شده اند و از آزادی عمل زیادی برخوردار نیستند.

 

[P O U R I A]

چیتوسان یک پلیمر طبیعی است که از خاصیت خود ترمیمی برخوردار می باشد. این ماده یک پلی ساکارید خطی است که از دِ اَستیله کردن (استیل زدایی) چیتین (قند موجود در پوسته صدف های دریایی و سخت پوستان) به دست می آید. این پلیمر از دو واحد ساختاری (منومر) متصل به هم، یعنی 2-آمینو 2-دی اکسی-دی گلوکز و اِن استیل2-امینو2-دی اکسی-دی گلوکز تشکیل شده است. نمی توان چیتین را به طور کامل استیل زدایی نمود، برای تولید چیتوسان هم که از خانواده چیتین ها می باشد، چیتین را به میزان کمی استیله می کنند (استیله شدن به واکنشی گفته می شود که در آن اتم هیدروژن یک گروه هیدروکسیلی با یک گروه استیل جانشین شود). وجه تمایز چیتین و چیتوسان در این است که چیتوسان در حلالهای رقیق شونده با آب حل می شود.
در زندگی روزانه، چیتوسان کاربردهای فراوانی دارد. از آنجا که این پلیمر از خواص زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری برخوردار است و میزان سمیت آن پایین می باشد، در زیست داروها مورد استفاده قرار می گیرد.

زیست سازگاری عبارتست از توانایی یک ماده برای حضور در یک محیط زنده و در شرایطی که با واکنش مناسب از سوی میزبان همراه باشد. چیتوسان و چیتین در برابر طیف وسیعی از باکتری ها، قارچ ها و ویروس ها از خود خواص ضد میکروبی نشان می دهند به همین علت می توان از آنها در نگهدارنده های مواد غذایی استفاده نمود و مصرف نگهدارندره های مصنوعی را به طور چمشگیری کاهش داد. با این وجود هنوز مکانیسم عملکرد ضد میکروبی چیتوسان و چیتین به طور دقیق مشخص نشده است.

اخیرا روی خاصیت خود ترمیمی چیتوسان مطالعاتی صورت گرفته است. در پی همین تحقیقات، یک گروه از دانشمندان، روکش خود ترمیمی را تولید نموده اند که در صورت قرار گرفتن در معرض نور خورشید خراشهای کوچکی را برطرف می کند. نور خورشید باعث می گردد که مولکولهای چیتوسان با تَرک ایجاد شده در حلقه اُکزتان ماده روکش، واکنش دهند و به این ترتیب تَرک پر شود و سطح خراش ترمیم گردد.لازم به ذکر است که از ترکیب شیمیایی رنگ پلی اورتان، مولکولهای چیتوسان و یک مولکول حلقوی شکل، اکزتان به دست می آید. دانشمندان یک نوع پلی اورتان با ساختمان شبکه ای تولید کرده اند که اگر در معرض تابش اشعه ماورای بنفش قرار گیرد، از خود خواص خود ترمیمی نشان می دهد. در ساختمان شبکه ای این پلی اورتان، پیش ماده اکزتان (ماده تشکیل دهنده اکزتان) با چیتوسان جایگزین شده است و به این ترتیب یک پوشش پلی اورتان دو جزئی تولید گشته است.
در صورتیکه ساختمان شبکه ای پلی اورتان ترک بردارد حلقه های اکزتان که به چهار مولکول متصلند باز می شوند و دو رشته تشکیل می گردد که می توان از سر آزاد خود در واکنش شرکت کنند.وقتی چیتوسان در معرض تابش اشعه ماورای بنفش قرار می گیرد زنجیره پلی ساکاریدی آن شکسته می شود و با سر آزاد رشته های اکزتان، در واکنش شیمیایی شبکه ای شدن شرکت می کند و ترک پر می شود. به این ترتیب پلی اورتان خاصیت خودترمیمی می یابد.

از صنعت حمل و نقل گرفته تا صنعت بسته بندی از لوازم تزیینی گرفته تا زیست داروها، همگی می توانند از روش پلی اورتان مذکور بهره مند گردند.

 

[P O U R I A]

با استفاده از چیتوسان، از رنگ اپوکسی یک پوشش خودترمیم تولید شده است . به این ترتیب که ابتدا با استفاده از حلالهای اسیدی کلوئیدهای همگن چیتوسان جدا شدند و به رنگ اپوکسی اضافه گشتند. سپس پلیمر مذکور روی شیشه اعمال شد و خراش ها را محو نمود. آنگاه چند نمونه شیشه که به این ترتیب تعمیر شده بودند، زیر دستگاه طیف سنج مادون قرمز فوریه و میکروسکوپ الکترونیکی روبشی مورد بررسی قرار گرفتند و اثری از خراش در آنها ملاحظه نگردید.
برای اجرای آزمایش خود ترمیمی، با یک سوزن بسیار نازک روی شیشه خود ترمیم شده خط انداخته شد و در دوره های زمانی مشخص، این خراشها زیر میکروسکوپ ااکترونی روبشی مورد مطالعه قرار گرفتند و به این ترتیب روند خود ترمیمی خراش ها پایش گردید.


مراحل آزمایش:

1- آماده سازی
چیتوسان (با جرم مولکولی 150 کیلو دالتون که تا 5/84 % استیل زدایی می شود) از شرکت آمریکایی سیگما خریداری شد. مقادیر مختلفی از چیتوسان در دو نوع مختلف اسید استیک (با نسبت حجمی 1% و 3%) حل شدند. محلول های مذکور مرتب هم زده شدند و به دستگاه پاک کننده آلتراسونیک وارد شدند. این دستگاه با استفاده از امواج مافوق صوت، ذرات چربی و آلودگی های سطح را جدا می کند و به این ترتیب یک جسم تمیز می گردد. دست آخر نیز این محلولها به مدت 20 دقیقه به وسیله همزن مغناطیسی هم زده شدند و به صورت همگن در آمدند.

2- تولید ماده کامپوزیتی
برای تولید یک ماده خود ترمیم، از رنگ اپوکسی به عنوان زمینه کامپوزیت استفاده شد و کامپوزیت مذکور پلی اپوکسید نام دارد که از کوپلیمریزاسیون رزین اپوکسی گرما سخت با یک سخت کننده پلی آمینی به دست می آید. رزین اپوکسی از زنجیره های کوتاه پلیمری تشکیل شده است که به انتهای هر یک از این زنجیره ها یک گروه اپوکسید متصل است. رزین اپوکسی از واکنش بین اِپی کلرو هیدرین و بیسفنول اِی تشکیل می گردد. سخت کننده پلی آمینی نیز از منومرهای پلی آمین و تری اتیلن تترامین تشکیل شده است.
محلولهای چیتوسان که در مرحله اول به دست آمده بودند، به رنگ اپوکسی اضافه شدند و ماده زمینه پلیمر (اپوکسی) را تشکیل دادند. محلولهای چیتوسان با غلظت های مختلف انتخاب شدند تا محققان متوجه شوند که خاصیت خود ترمیمی این پلیمر به غلظت ماده زمینه آن بستگی دارد یا خیر.
سپس سطح خراش شیشه با این کامپوزیت پایه پلیمری روکش شد. با این روش، هفت نمونه آزمایشی آماده شد. سپس روکشها به مدت 24 ساعت در دمای اتاق قرار گرفتند تا خشک شوند.
لازم به ذکر است که هیچ عامل پختی به این روکش اضافه نشد. سپس با یک سوزن نازک روی نمونه ها خراشی ایجاد گردید. آنگاه نمونه ها توسط دستگاه طیف سنج مادون قرمز تبدیل به فوریه (ساخت شرکت پِرکین اِلمِر) مورد بررسی قرار گرفتند. در این طیف سنج، درصد امواج مادون قرمزی که از نمونه عبور کرده یا توسط آن جذب شده اند، مشخصص می گردد و فرکانس آن ترسیم می شود. در دمای اتاق فرکانس (امواج مادون قرمز) نمونه های مذکور در محدوده 4000 الی cm¹ ̄ 400 ثبت شده است. ریز ساختار شبکه پلیمری روکش ها توسط میکروسکوپ الکترونیکی روبشی JEOL JJM 6060 مورد بررسی قرار گرفت. خاصیت جذب آب این کامپوزیت نیز توسط میکروسکوپ الکترونیکی روبشی تعیین گردید. ضمناً روی روکشهای مذکور خط انداخته شد و زیر میکروسکوپ روبشی شرکت فیلیپس اکس- ال خاصیت خود ترمیمی چیتوسان پایش گردید. به عبارت دیگر تصاویری که توسط این میکروسکوپ گرفته شد هرچند روز یکبار مورد مطالعه قرار می گرفت و ملاحظه می شد که نمونه ها ساعت به ساعت بیشتر ترمیم شده اند.​

 

[P O U R I A]

چیتوسان به روکش کامپوزیتی رنگ اپوکسی اضافه شد و آن را تقویت نمود. با استفاده از این کامپوزیت همگن، خراشهای روی سطح شیشه پر شد و سطحی هموار به دست آمد.
دو حلال اسیدی مورد استفاده قرار گرفت. غلظت این اسیدها با یکدیگر متفاوت بود تا از حل کردن چیتوسان در آنها، محلولهایی با غلظت متفاوت به دست آید. به این ترتیب چند نمونه محلول در اختیار قرار داشت که در نمونه پنجم این محلولها غلظت اسید 3% و در نمونه ششم غلظت اسید 1% بود. در همه این نمونه ها چیتوسان 25/1 % محلول را تشکیل می داد. سطوحی که خراش آنها با محلول نمونه 5 و 6 پر شدند، از لحاظ ظاهری با یکدیگر تفاوت چندانی نداشتند. بنابراین می توان نتیجه گرفت که غلظت محلول اسیدی روی ریخت شناسی (ظاهر) روکش تاثیری ندارد.

امواج با فرکانس cm 1450 (به توان منفی 1) که به کمک دستگاه طیف سنج مادون قرمز تبدیل به فوریه ثبت شده اند، خصوصیات پیوندهای موجود در گروه کربونیل را نشان می دهند. این خصوصیات نظیر خصوصیات پیوند بین کربن و ئیدروژن است که در اپوکسی زمینه روکش چیتوسان هم وجود دارد. با استفاده از همین طیف سنج امواجی نیز با فرکانس cm 74 (به توان منفی 1) ثبت شده اند که خصوصیت پیوند موجود در عامل استیل موجود در چیتوسان را نشان می دهد. اما ممکن است چنین خواصی نیز در اپوکسی وجود داشته باشد زیرا حداکثر و حداقل پرتوهایی که توسط اپوکسی جذب شده اند (و قُلّه خوانده می شوند)، نشان می دهند که در فرکانس 751و 1084و 1270 cm (به توان منفی 1) به ترتیب پیوندهای سیلیسیوم-اکسیژن، اکسیژن-سیلیسیوم و سیلیسیوم-کربن تشکیل شده اند. در فرکانس cm 2950 (به توان منفی 1) که فرکانس بالایی نیز می باشد، بین گروه های NH2 و OH موجود در چیتوسان پیوندهای زیادی ایجاد شده است. این پیوندها به دلیل ارتعاشات کششی درون گروههای NH2 و OH تشکیل گشته اند.

لازم به ذکر است که در ناحیه امواج مادون قرمز، ارتعاشات مولکولی به دو گروه اصلی ارتعاشات کششی و ارتعاشات خمشی تقسیم می شوند. ارتعاشات کششی شامل یک تغییر پیوسته در فاصله بین اتم ها و طول محور پیوند بین دو اتم است.

پیوندهایی که بین گروههای NH2 و OH به وجود آمده اند می توانند از ارتعاش کششی گروه آلکیلی (CH2 , CH3) موجود در مولکول اپوکسی ناشی شده باشند. چیتوسان و اپوکسی هر دو پلیمر هستند و در آنها بین عنصر اصلی مولکولهای آلی (کربن) پیوند برقرار شده است.
تجزیه و تحلیل پرتوهایی که توسط دستگاه طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه ثبت شده اند، نشان می دهد که بعضی از پیوندهای موجود در اپوکسی می توانند با پیوندهای موجود در چیتوسان همپوشانی داشته باشند. این امر هم به دلیل این است که رنگ اپوکسی از مواد گوناگونی تشکیل شده است و در آن پیوندهای متفاوتی شکل گرفته است. همپوشانی داشتن پیوندهای اپوکسی با پیوندهای چیتوسان باعث می گردد که گاهی اوقات نتوان به راحتی بین حداکثر و حداقل امواج جذب شده (قُلّه) و پیوند مربوط به آن تمایزی قائل شد. از آنجا که در طیف سنج مادون قرمز، هر ماده طیف نور مخصوصی دارد، اگر این همپوشانی وجود نداشت، به راحتی می شد هر طیف را متعلق یه یک پیوند خاص دانست.

از خراشهایی که عمدتاً روی روکش چیتوسان ایجاد شده بود، در فاصله زمانی صفر دقیقه، 7 روز، 20 روز، 25 روز میکروگرافهایی (تصاویر الکترونی) تهیه شد تا روند خود ترمیمی خراش ها مطالعه گردد. تمام نمونه هایی که با چیتوسان تقویت شده بودند تنها در عرض 30 دقیقه از خود خاصیت خود ترمیمی نشان دادند و بعد از این زمان، فرایند خود ترمیمی متوقف شد. بنابراین تصاویر الکترونیکی میکروسکوپ روبشی نیز 7، 20 و 35 روز پس از ایجاد خراش، هیچ تفاوتی را نشان نمیداد. همانطور که شاخه های درخت قد می کشند شبکه پلیمری مواد خود ترمیم نیز داخل ترکها راه می یابند و آنها را پر کرده و آب بندی می نمایند.

در نمونه شماره 7 که چیتوسان وجود نداشت، اثری نیز از پدیده خود ترمیمی مشاهده نشد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که اگر یک خراش کوچک به طور خود به خود پر گردد، در آن ناحیه رد پایی از چیتوسان وجود داشته است.

 

[P O U R I A]

کامپوزیت زمینه اپوکسی (روکش رنگ اپوکسی تقویت شده با چیتوسان) در دمای اتاق که خیلی پایین تر از دمای انتقال شیشه ای است، تَرَک ها را پر کرده است.
برای همه پلیمرها دمایی به نام دمای انتقال شیشه ای تعریف می شود که در کمتر از این دما، پلیمر مانند شیشه سفت و شکننده است و بالاتر از آن دما، پلیمر لاستیکی و نرم می باشد.
پر شدن تَرَک توسط شبکه پلیمری کامپوزیت زمینه اپوکسی به وضوح بیانگر این مطلب است که حتماً به واسطه حضور چیتوسان، این خود ترمیمی صورت گرفته است. اگر اینطور نبود نمونه شماره 7 نیز باید از خود خاصیت خود ترمیمی نشان می داد. وجود چیتوسان در شبکه های پلیمری که به داخل تَرَک نفوذ می کنند ضروری است. میزان نفوذ شبکه های پلیمری به نوک تَرَک ها اندازه گیری شد و روی تصاویر الکترونیکی ثبت گردید.
اگر در نمونه ها پدیده خود ترمیمی اتفاق نیفتاده بود، تصاویر الکترونیکی هیچ تفاوتی را نشان نمی دادند. پس مشخص می گردد همانطور که در بدن انسان پلاکت ها فرایند انعقاد خون را شروع کرده و با ایجاد لایه ای از فیبرین، سطح زخم را می پوشانند، شبکه پلیمری نیز دورن تَرَک را فرا گرفته و به تدریج آن را پر می کند.
نتایج آزمایش های خود ترمیمی با آزمون تشخیص کِسلِر مطابقت می کردند. در این آزمون همبودی (یکی بودن) اختلالات و تاثیر آن بر پاسخ به درمان بررسی می گردد.
وقتی به نمونه ها فرصت داده شد که به طور خود به خود ترمیم گردند، ملاحظه گردید که در نوک دهانه تَرَک، دی سیکلو پنتادین تجمع یافته است. به این ترتیب دی سیکلو پنتادین دولبه تَرَک را سر هم آورد و از رشد تَرَک جلوگیری به عمل آمد.
در پلیمرها مکانیسم خود ترمیمی شبیه برقراری پیوند بین مولکولی است. به این ترتیب که وقتی در پلیمر تَرَک ایجاد می شود، با افزایش دما دو لبه پلیمر در تماس با یکدیگر قرار می گیرند و به تدریج عامل اتصال دهنده زنجیره های پلیمری از بین می رود و در این محل مولکول های پلیمر تجمع پیدا کرده و ضمن ترمیم شدن پلیمر، استحکام مکانیکی آن به اندازه سابق بر می گردد.
در این مکانیسم خود ترمیمی، زنجیره های پلیمری با هم یک شبکه تشکیل می دهند که تَرَک را ترمیم می کند و استحکام اولیه را به سازه باز می گرداند.
با این مکانیسم، تَرَک های سطحی بهتر از ترک های عمیق ترمیم می گردند. شاهد چنین ادعایی نیز این است که در نمونه های 3 و 6 (که در تعمیر ترک های سطحی به کار رفتند) بیشتر از نمونه 4 زنجیره های پلیمری تشکیل شده بود.

 

[P O U R I A]

آقای "وول" که از محققان دانشکده علوم و مواد مهندسی دانشکده ایلینویز می باشد، از سطح خود ترمیم شده به عنوان "سطح مشترک بین دو فاز پلیمر" نام برده است.
او عنوان کرده است علت این نامگذاری این است که بر اساس تئوری نفوذ، پدیده خود ترمیمی پایین تر از دمای انتقال شیشه ای رخ می دهد و بین محلول پلیمر و سطح شیشه زیر آن، یک سطح مشترک کاملاً صاف و یکدست ایجاد می گردد.
لازم به ذکر است که در روش خود ترمیمی که به حرارت نیاز است پدیده خود ترمیمی، بالاتر از دمای انتقال شیشه ای اتفاق می افتد. تئوری نفوذ این دیدگاه را مطرح می کند که ممکن است پلیمرها هنگام تماس، در یکدیگر نفوذ کنند و سطح مشترک آنها از بین برود. البته این به شرطی است که زنجیره های پلیمری با یکدیگر سازگار باشند.
پس از اینکه ترک ترمیم شد، خاصیت خودترمیمی همچنان باقی می ماند تا اگر بعدها نیز ترکی ایجاد شد، به صورت خود به خود ترمیم گردد.تصاویر الکترونیکی که از نمونه ها گرفته شد نیز این حقیقت را ثابت می کند.
آقایان " وول" و " کانر" برای توضیح خود ترمیمی ترک ها یک الگوی 5 مرحله ای را پیشنهاد کردند.
این مراحل عبارتند از:

1- تغییر شکل ظاهری سطح
2- جفت شدن دو لبه ترک
3- خیس شدن دو لبه ترک توسط ماده خود ترمیم و ایجاد سطح مشترک
4- نفوذ ماده خود ترمیم
5- جاری شدن ماده خود ترمیم در ترک که به دنبال آن خاصیت خود ترمیمی به طور خود به خودی و تا یک زمان مشخص باقی می ماند.​

تصاویری که توسط میکروسکوپ الکترونیکی روبشی گرفته شده است نیز این مراحل را نشان می دهد.
در مقیاس میکروسکوپیک برای دو مرحله آخر خود ترمیمی محققان دیگر نیز فرضیه هایی ارائه داده اند. آنها مشاهده کرده اند که طی فرایند خود ترمیمی تَرَک، به دلیل نفوذ مولکول های پلیمر در یکدیگر استحکام مکانیکی شیشه افزایش می یابد.
آقایان " وول" و " کانر" در تحقیقاتی که انجام داده اند به این نتیجه رسیدند که در پلاستیک های گرمانرم، پدیده خود ترمیمی در دمای انتقال شیشه های این مواد یا بالاتر از این دما صورت می گیرد.
در تحقیق دیگری که توسط آقایان " وول" و " مک گارل" انجام شد نیز این نکته به اثبات رسید. اما در تحقیقی که در این مقاله ارائه شده است، آزمایشها در دمای اتاق انجام گرفته اند.
از آنجا که بعد از 30 دقیقه، 7 روز، 20 روز و 35 روز پس از ایجاد خراشیدگی، در شکل ظاهری نمونه هایی که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته اند، هیچ تفاوتی وجود نداشت می توان نتیجه گرفت که در 30 دقیقه اول ایجاد خراش، روکشهای مذکور به طور خود به خود ترمیم شده اند. در برخی خود ترمیمی ها، 60-30 دقیقه طول می کشد تا پدیده خود ترمیمی تکمیل گردد و در برخی موارد نیز برای تکمیل این فرایند به 1 الی 2 روز وقت نیاز است.



نتیجه گیری:
روکش رنگ اپوکسی تقویت شده با محلول های چیتوسان (با غلظتهای متفاوت) روی خراشهای سطوح شیشه ای اعمال شد. نمونه ها توسط دستگاه طیف سنج مادون قرمز فوریه و میکروسکوپ الکترونیکی روبشی بررسی شدند. تحلیل تصاویر مذکور حاکی از آن بود که این پدیده خود ترمیمی در تمام نمونه ها به یک صورت اتفاق افتاده است. زیرا تمام نمونه ها از عناصر یکسانی تشکیل شده بودند و فقط غلظت آنها با یکدیگر تفاوت داشت.
روی تمام نمونه ها آزمایش خود ترمیمی انجام شد. به این ترتیب که به وسیله یک سوزن بسیار نازک روی سطوح روکش شده خراشی ایجاد شد و طی فواصل زمانی مشخص، نحوه ترمیم آنها توسط میکروسکوپ الکترونیکی روبشی پایش گردید. در تصاویر به دست آمده ملاحظه گردید که ماده خود ترمیم کامپوزیتی مانند شاخه های درخت درون خراش نفوذ کرد و همینطور پیش رفت تا خراش پر شد. به این ترتیب مشخص گردید که چیتوسان خاصیت خود ترمیمی دارد.
برای مقایسه خاصیت خود ترمیمی در نمونه ها فقط به اندازه گیری میزان نفوذ شبکه های پلیمری به نوک تَرَکها بسنده نشد بلکه تعداد تَرَک ها، شکل آنها، ترتیب قرار گرفتن ترک ها و قطر ترک ها هم در نظر گرفته شدند.
به علاوه تحلیل تصاویر گرفته شده توسط میکروسکوپ الکترونیکی روبشی نیز کمک کرد تا ثابت شود که خاصیت خودترمیمی چیتوسان به عوامل مذکور بستگی چندانی ندارد و ماده خود ترمیم چیتوسان می تواند ظرف 30 دقیقه ترک را پر نماید.