| Die Korrosion von Metallen ist ein zerstörerischer Prozess, der zu enormen wirtschaftlichen Verlusten führt. Nach Angaben der World Corrosion Organization werden die Korrosionskosten weltweit auf über 1.8 Billionen US-Dollar geschätzt. Dr. Karan Thanawala, Forschungsstipendiat an der IITB-Monash Research Academy und Mitglied der Chemwatch Team, hofft, dazu beitragen zu können, diese Zahl deutlich zu senken. Karan erklärt, dass die Korrosion von metallischen Gegenständen das Ergebnis einer elektrochemischen Reaktion ist, die an der Oberfläche stattfindet, bei der das Metall in Gegenwart von Elektrolyt und Sauerstoff oxidiert wird. Die Anstrengungen zur Korrosionsvermeidung bestehen in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen und der erwarteten Lebensdauer durch die Verwendung alternativer Werkstoffe und Konstruktionen des Bauteils und/oder Aufbringen einer geeigneten Schutzbeschichtung. Der gebräuchlichste und effizienteste Ansatz zur Korrosionsbekämpfung ist die Anwendung von Beschichtungen auf organischer Polymerbasis. Auf die äußerste Schicht dieser Strukturen aufgetragen, sind diese Beschichtungen jedoch während der Handhabung und Wartung anfällig für Beschädigungen im Mikro-/Nanobereich und Kratzer. Diese Art von Beschädigung ist schwer zu erkennen, wodurch sich der Korrosionsprozess verschlimmert und die Schutzschicht letztendlich unbrauchbar wird. Daher ist es laut Karan ein attraktiveres Konzept, Beschichtungen zu entwerfen und zu entwickeln, die die Fähigkeit haben, den Schaden zu heilen und dabei die Schutzeigenschaften beizubehalten. Die Verkapselung von Leinsamenöl und Tungöl in Harnstoff-Formaldehyd-Schalen wurde unter Verwendung einer in-situ-Polymerisationstechnik durchgeführt. Die Optimierung der Prozessparameter zur Herstellung von Mikrokapseln wurde unter Verwendung berechneter Mengen an Öl und Harnstoff-Formaldehyd durchgeführt, die in Abhängigkeit von der Reaktionszeit und der Rührgeschwindigkeit zu kugelförmigen Mikrokapseln von 25-45 µm Größe gebildet wurden. Die so hergestellten Mikrokapseln wurden unter Verwendung von optischer Mikroskopie (OM), Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR) analysiert, um die Einkapselung von Öl in die dünnen Schalen von Harnstoff-Formaldehyd sicherzustellen. Selbstheilende Dünnfilmbeschichtungen mit gleichmäßiger und schneller Selbstheilungsfähigkeit wurden mit Mikrokapseln in einer optimierten Konzentration von 3 Gew.-% erreicht. Die Korrosionsschutzleistung wurde mittels Tauchtest und elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) bewertet. Weiter erläutert Karan seine Forschungen: „Die Entwicklung selbstheilender Beschichtungen stellte große Herausforderungen. Der wichtigste Faktor war, die Reproduzierbarkeit von Größe, Form und Morphologie der präparierten Mikrokapseln zu erreichen, die, wenn sie in die Beschichtung gegeben werden, die intelligente Heilungsfunktionalität liefern. Die kritischen Parameter des Syntheseprozesses wie Rührgeschwindigkeit und Reaktionszeit wurden optimiert, was die Bildung von Größe und Form der Mikrokapseln dominiert. Darüber hinaus wurden die Komponenten der Mikrokapseln aufgrund ihrer Biokompatibilität und Unbedenklichkeit ausgewählt, was sie als grüne Materialien einstuft. Diese hergestellten Mikrokapseln wurden in unterschiedlichen Konzentrationen in der organischen Beschichtung dispergiert. Diese mit Mikrokapseln imprägnierten Beschichtungen wurden nach vollständiger Härtung mit einem künstlichen Ritz vor einem Korrosionstest in einer Salzlösung (ähnlich wie Meerwasser) zur Bewertung der Leistung der Beschichtungen induziert. Die Wirkung der Zugabe der Mikrokapseln auf die Selbstheilungsfunktionalität wurde unter Verwendung von Lichtmikroskopie untersucht. Die Beschichtungen wurden weiter auf ihre mechanischen und Adhäsionseigenschaften zur Verwendung als kommerzielle Industriebeschichtungen analysiert. Die Ergebnisse der selbstheilenden Beschichtungen waren mit den Kontrollbeschichtungen (ohne Mikrokapseln) vergleichbar.“ Über die Motivation von Karan, seine Forschung auf dieses Gebiet zu fokussieren, sagt er: „Selbstheilende Verbundwerkstoffe besitzen ein großes Potenzial zur Lösung vieler Einschränkungen von Polymerbeschichtungen und Strukturmaterialien, nämlich Mikrorisse und versteckte Schäden. Schäden in der Beschichtung sind die Vorläufer für strukturelles Versagen, und die Fähigkeit, sie zu heilen, ermöglicht Strukturen mit längerer Lebensdauer und weniger Wartung. Selbstheilende Beschichtungen ahmen den natürlichen Heilungsprozess nach, ähnlich der Heilung geschädigter Haut. Daher sind selbstheilende Beschichtungen sehr attraktiv, da sie die Haltbarkeit der beschichteten Bauteile auch nach einer Beschädigung der Beschichtung aus chemischen oder mechanischen Gründen gewährleisten können. Die Synthese von Mikrokapseln und die Formulierung selbstheilender Beschichtungen stellen große Herausforderungen. Die Größe der Mikrokapseln, Form und Morphologie spielen eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung einer aktiven Funktion des Aufbrechens und der Heilung. Die Optimierung des Prozesses zur Herstellung maßgeschneiderter Mikrokapseln bietet großartige Möglichkeiten, neue Methoden auszuprobieren, die für Forscher oft aufregend sind.“ Karan ist zuversichtlich, dass dieser Durchbruch in der Erforschung von Schutzbeschichtungen viel dazu beitragen wird, einige der Korrosionsprobleme zu lösen, mit denen wir bei der Verwendung traditioneller Polymerbeschichtungen konfrontiert sind, was letztendlich für sicherere Arbeitsplätze und Gemeinschaften sorgen wird. |
