Bekæmpelse af metalkorrosion med selvhelende epoxybelægninger

Korrosion af metaller er en destruktiv proces, der fører til enorme økonomiske tab. Ifølge World Corrosion Organization anslås omkostningerne ved korrosion at overstige $ 1.8 billioner på verdensplan. Dr. Karan Thanawala, en forsker ved IITB-Monash Research Academy og medlem af Chemwatch-teamet, håber at hjælpe med at bringe dette tal betydeligt ned.

Karan forklarer, at korrosion af metalliske genstande er resultatet af en elektrokemisk reaktion, der forekommer på overfladen, hvilket involverer metalets oxidation i nærvær af elektrolyt og ilt. Bestræbelserne på at forebygge korrosion er brug af alternativt materiale og konstruktion af komponent og/eller påføring af en passende beskyttende belægning afhængigt af typen af ​​miljøforhold og den forventede levetid. Af disse er den mest almindelige og effektive metode til bekæmpelse af korrosion anvendelsen af ​​organiske polymerbaserede belægninger. Påført på det yderste lag af disse strukturer er disse belægninger imidlertid modtagelige for skader på mikro/nano-niveau og ridser under håndtering og service. Denne form for skader er svær at opdage, så korrosionsprocessen forværres og i sidste ende gør den beskyttende belægning ubrugelig. Derfor, siger Karan, er det et mere attraktivt koncept at designe og udvikle belægninger, der har evnen til at helbrede skaden og derved opretholde de beskyttende egenskaber.

Indkapsling af linolie og tungolie i urinstof-formaldehydskaller blev udført ved anvendelse af in situ polymerisationsteknik. Optimering af procesparametre til fremstilling af mikrokapsler blev udført under anvendelse af beregnede mængder olie og urinstof-formaldehyd, der blev udsat for dannelse af sfæriske mikrokapsler med en størrelse på 25-45 µm, der afhænger af reaktionstiden og omrøringshastigheden. De således fremstillede mikrokapsler blev analyseret ved hjælp af optisk mikroskopi (OM), scanningselektronmikroskopi (SEM) og Fourier transform infrarød spektroskopi (FT-IR) for at sikre indkapsling af olie i de tynde skaller af urinstof-formaldehyd. Tyndfilm selvhelende belægninger med ensartet og hurtig selvhelbredende evne blev opnået med mikrokapsler ved en optimeret koncentration på 3 vægt%. Den korrosionsbeskyttende ydeevne blev evalueret ved hjælp af nedsænkningstest og elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS).

Karan forklarer yderligere om sin forskning og siger: “Udvikling af selvhelende belægninger udgjorde store udfordringer. Den vigtigste faktor var at opnå reproducerbarhed af størrelse, form og morfologi af forberedte mikrokapsler, som når de tilføjes i belægningen, leverer den smarte helingsfunktion. De kritiske parametre for synteseprocessen såsom omrøringshastighed og reaktionstid blev optimeret, hvilket dominerer dannelsen af ​​størrelse og form af mikrokapslerne. Derudover er komponenterne i mikrokapslerne blevet udvalgt på grundlag af deres biokompatibilitet og ufarlige karakter, hvilket klassificerer dem som grønne materialer. Disse fremstillede mikrokapsler blev dispergeret i den organiske belægning i varierende koncentrationer. Disse mikrokapselimprægnerede belægninger blev efter fuldstændig hærdning induceret med en kunstig scribe før korrosionstest i en saltopløsning (svarende til havvand) til vurdering af belægningernes ydeevne. Effekten af ​​tilsætning af mikrokapslerne på den selvhelbredende funktionalitet blev undersøgt ved hjælp af optisk mikroskopi. Belægningerne blev yderligere analyseret for mekaniske egenskaber og vedhæftningsegenskaber til brug som kommercielle industrielle belægninger. Resultaterne af selvhelende belægninger var sammenlignelige med kontrolbelægningerne (uden mikrokapslerne). ”

Om hvad der motiverede Karan til at fokusere sin forskning på dette område, siger han: ”Selvhelbredende kompositter besidder et stort potentiale for at løse mange begrænsninger af polymere belægninger og strukturmaterialer, nemlig mikrosprækker og skjulte skader. Skader i belægningen er forstadierne til strukturelle svigt, og evnen til at helbrede dem vil muliggøre strukturer med længere levetid og mindre vedligeholdelse. Selvhelbredende belægninger efterligner den naturlige helingsproces, der ligner helingen af ​​beskadiget hud. Derfor er selvhelende belægninger meget attraktive, da de kan sikre holdbarheden af ​​de overtrukne komponenter, selv efter beskadigelse af belægningen på grund af kemiske eller mekaniske årsager. Syntesen af ​​mikrokapsler og formulering af selvhelende belægninger udgør store udfordringer. Størrelsen af ​​mikrokapsler, form og morfologier spiller en vigtig rolle for at tilvejebringe en aktiv funktionalitet med brud og helbredelse. Optimering af processen til at forberede skræddersyede mikrokapsler giver stor mulighed for at prøve nye metoder, ofte spændende for en forsker. ”

Karan er overbevist om, at dette gennembrud inden for forskning af beskyttende belægninger vil gøre meget for at løse nogle af de korrosionsproblemer, vi står over for, når vi bruger traditionelle polymere belægninger, hvilket i sidste ende vil sikre sikrere arbejdspladser og lokalsamfund.
Chemwatch's Dr Karan Thanawala

Hurtig forespørgsel