Metallikorroosion torjuminen itsekorjautuvilla epoksipinnoitteilla

Metallien korroosio on tuhoisa prosessi, joka johtaa valtaviin taloudellisiin tappioihin. Maailman korroosiojärjestön mukaan korroosion kustannusten arvioidaan ylittävän 1.8 biljoonaa dollaria maailmanlaajuisesti. Tohtori Karan Thanawala, tutkija IITB-Monash Research Academyssa ja jäsen Chemwatch tiimi toivoo voivansa vähentää tätä määrää merkittävästi.

Karan selittää, että metalliesineiden korroosio on seurausta pinnalla tapahtuvasta sähkökemiallisesta reaktiosta, johon liittyy metallin hapettuminen elektrolyytin ja hapen läsnä ollessa. Korroosion estämiseksi pyritään käyttämään vaihtoehtoista materiaalia ja komponentin rakennetta ja/tai sopivaa suojapinnoitetta ympäristöolosuhteiden tyypin ja odotetun käyttöiän mukaan. Näistä yleisin ja tehokkain tapa torjua korroosiota on orgaanisten polymeeripohjaisten pinnoitteiden levitys. Näiden rakenteiden uloimpaan kerrokseen levitetyt pinnoitteet ovat kuitenkin alttiita mikro-/nanotason vaurioille ja naarmuille käsittelyn ja huollon aikana. Tällaisia ​​vaurioita on vaikea havaita, jolloin korroosio voi pahentua ja tehdä suojapinnoitteesta hyödytön. Siksi, Karan sanoo, on houkuttelevampi konsepti suunnitella ja kehittää pinnoitteita, jotka kykenevät parantamaan vauriot ja säilyttämään siten suojaavat ominaisuudet.

Pellavaöljyn ja tungiöljyn kapselointi urea-formaldehydikuoriin suoritettiin käyttämällä in situ -polymerointitekniikkaa. Mikrokapseleiden valmistusprosessiparametrien optimointi suoritettiin käyttämällä laskettuja määriä öljyä ja urea-formaldehydiä, joille muodostui pallomaisia ​​mikrokapseleita, joiden koko oli 25-45 µm, jotka riippuvat reaktioajasta ja sekoitusnopeudesta. Näin valmistetut mikrokapselit analysoitiin käyttämällä optista mikroskopiaa (OM), skannaavaa elektronimikroskopiaa (SEM) ja Fourier-muunnos-infrapunaspektroskopiaa (FT-IR), jotta varmistettiin öljyn kapseloituminen urea-formaldehydin ohuisiin kuoriin. Ohutkalvon itsekorjautuvat pinnoitteet, joilla on tasainen ja nopea itsekorjautumiskyky, saavutettiin mikrokapseleilla, joiden optimoitu konsentraatio oli 3 paino-%. Korroosionestokyky arvioitiin käyttämällä upotuskoetta ja sähkökemiallista impedanssispektroskopiaa (EIS).

Selittäessään tarkemmin tutkimuksestaan ​​Karan toteaa: ”Itsekorjautuvien pinnoitteiden kehittäminen esitti suuria haasteita. Tärkein tekijä oli saavuttaa valmistettujen mikrokapselien koon, muodon ja morfologian toistettavuus, joka lisäämällä pinnoitteeseen tarjoaa älykkään parantavan toiminnallisuuden. Synteesiprosessin kriittiset parametrit, kuten sekoitusnopeus ja reaktioaika, optimoitiin, mikä hallitsee mikrokapseleiden koon ja muodon muodostumista. Lisäksi mikrokapselien komponentit on valittu niiden biologisen yhteensopivuuden ja vaarattoman luonteen perusteella, mikä luokittelee ne vihreiksi materiaaleiksi. Nämä valmistetut mikrokapselit dispergoitiin orgaaniseen pinnoitteeseen eri pitoisuuksina. Nämä mikrokapselilla kyllästetyt pinnoitteet indusoitiin täydellisen kovettumisen jälkeen keinotekoisella kirjottimella ennen korroosiotestiä suolaliuoksessa (samanlainen kuin merivesi) pinnoitteiden suorituskyvyn arvioimiseksi. Mikrokapselien lisäämisen vaikutusta itsekorjautuvaan toiminnallisuuteen tutkittiin optisella mikroskoopilla. Pinnoitteiden mekaaniset ja tarttuvuusominaisuudet analysoitiin edelleen käytettäväksi kaupallisina teollisuuspinnoitteina. Itsekorjautuvien päällysteiden tulokset olivat verrattavissa kontrollipinnoitteisiin (ilman mikrokapseleita). ”

Siitä, mikä motivoi Karania keskittymään tutkimukseensa tällä alalla, hän sanoo: ”Itsekorjautuvilla komposiiteilla on suuria mahdollisuuksia ratkaista monia polymeeripinnoitteiden ja rakenteellisten materiaalien rajoituksia, kuten mikrohalkeamia ja piilovaurioita. Pinnoitteen vauriot ovat rakenteellisten vikojen edeltäjiä, ja kyky parantaa ne mahdollistavat rakenteiden pidemmän käyttöiän ja vähemmän huoltoa. Itsekorjautuvat pinnoitteet jäljittelevät luonnollista paranemisprosessia, samalla tavalla kuin vaurioitunut iho. Siksi itsestään parantavat pinnoitteet ovat erittäin houkuttelevia, koska ne voivat taata päällystettyjen komponenttien kestävyyden myös pinnoitteeseen kemiallisista tai mekaanisista syistä johtuvien vaurioiden jälkeen. Mikrokapselien synteesi ja itsestään parantavat pinnoitteet muodostavat suuria haasteita. Mikrokapselien koolla, muodolla ja morfologialla on tärkeä rooli halkeamisen ja parantumisen aktiivisen toiminnallisuuden tarjoamisessa. Prosessin optimointi räätälöityjen mikrokapselien valmistamiseksi antaa loistavan mahdollisuuden kokeilla uusia menetelmiä, jotka ovat usein jännittäviä tutkijalle. ”

Karan on vakuuttunut siitä, että tämä läpimurto suojapinnoitteiden tutkimuksessa ratkaisee paljon korroosio -ongelmia, joita kohtaamme käyttäessämme perinteisiä polymeeripinnoitteita, mikä lopulta takaa turvallisemmat työpaikat ja yhteisöt.
ChemwatchTohtori Karan Thanawala

Nopea kysely