Combattre la corrosion des métaux avec des revêtements époxy auto-cicatrisants

La corrosion des métaux est un processus destructeur qui entraîne d'énormes pertes économiques. Selon l'Organisation mondiale de la corrosion, les coûts de la corrosion sont estimés à plus de 1.8 billion de dollars dans le monde. Dr Karan Thanawala, chercheur à l'IITB-Monash Research Academy et membre de l'équipe Chemwatch, espère contribuer à réduire considérablement ce nombre.

Karan explique que la corrosion des objets métalliques est le résultat d'une réaction électrochimique se produisant à la surface impliquant l'oxydation du métal en présence d'électrolyte et d'oxygène. Les efforts déployés pour la prévention de la corrosion sont l'utilisation de matériaux alternatifs et la conception du composant, et/ou l'application d'un revêtement protecteur approprié, en fonction du type de conditions environnementales et de la durée de vie prévue. Parmi celles-ci, l'approche la plus courante et la plus efficace pour contrôler la corrosion est l'application de revêtements à base de polymères organiques. Cependant, appliqués sur la couche la plus externe de ces structures, ces revêtements sont sensibles aux dommages et aux rayures de niveau micro/nano pendant la manipulation et l'entretien. Ce type de dommage est difficile à détecter, ce qui permet au processus de corrosion de s'aggraver et de rendre finalement le revêtement protecteur inutilisable. Par conséquent, dit Karan, c'est un concept plus attrayant de concevoir et de développer des revêtements qui ont la capacité de guérir les dommages, maintenant ainsi les propriétés protectrices.

L'encapsulation de l'huile de lin et de l'huile de tung dans des coquilles d'urée-formaldéhyde a été réalisée en utilisant une technique de polymérisation in situ. L'optimisation des paramètres du procédé pour la préparation des microcapsules a été réalisée en utilisant des quantités calculées d'huile et d'urée-formaldéhyde, qui ont été soumises à la formation de microcapsules sphériques de 25-45 µm, qui dépendent du temps de réaction et de la vitesse d'agitation. Les microcapsules ainsi préparées ont été analysées par microscopie optique (MO), microscopie électronique à balayage (MEB) et spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR), pour assurer l'encapsulation de l'huile dans les coquilles minces d'urée-formaldéhyde. Des revêtements auto-cicatrisants en film mince avec une capacité d'auto-cicatrisation uniforme et rapide ont été obtenus avec des microcapsules à une concentration optimisée de 3 % en poids. Les performances anticorrosives ont été évaluées à l'aide d'un test d'immersion et d'une spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS).

Expliquant davantage ses recherches, Karan déclare : « Le développement de revêtements auto-cicatrisants a posé de grands défis. Le facteur le plus important était d'obtenir la reproductibilité de la taille, de la forme et de la morphologie des microcapsules préparées, qui, lorsqu'elles sont ajoutées au revêtement, offrent la fonctionnalité de cicatrisation intelligente. Les paramètres critiques du processus de synthèse tels que la vitesse d'agitation et le temps de réaction ont été optimisés, ce qui domine la formation de la taille et de la forme des microcapsules. De plus, les composants des microcapsules ont été sélectionnés sur la base de leur biocompatibilité et de leur caractère non dangereux, ce qui les classe parmi les matériaux verts. Ces microcapsules préparées ont été dispersées dans le revêtement organique à des concentrations variables. Ces revêtements imprégnés de microcapsules, après durcissement complet, ont été induits avec un scribe artificiel, avant test de corrosion dans une solution saline (similaire à l'eau de mer) pour l'évaluation des performances des revêtements. L'effet de l'ajout des microcapsules sur la fonctionnalité d'auto-guérison a été étudié en utilisant la microscopie optique. Les revêtements ont été analysés plus avant pour les propriétés mécaniques et d'adhérence pour une utilisation comme revêtements industriels commerciaux. Les résultats des revêtements auto-cicatrisants étaient comparables à ceux des revêtements témoins (sans les microcapsules).

Sur ce qui a motivé Karan à concentrer ses recherches sur ce domaine, dit-il, « les composites auto-cicatrisants possèdent un grand potentiel pour résoudre de nombreuses limitations des revêtements polymères et des matériaux de structure, à savoir les microfissures et les dommages cachés. Les dommages dans le revêtement sont les précurseurs d'une défaillance structurelle, et la capacité de les guérir permettra des structures avec une durée de vie plus longue et moins d'entretien. Les revêtements auto-cicatrisants imitent le processus naturel de guérison, similaire à la guérison de la peau endommagée. Par conséquent, les revêtements auto-cicatrisants sont très attrayants car ils peuvent assurer la durabilité des composants revêtus même après des dommages dans le revêtement dus à des raisons chimiques ou mécaniques. La synthèse de microcapsules et la formulation de revêtements auto-cicatrisants posent de grands défis. La taille des microcapsules, la forme et les morphologies jouent un rôle important dans la fourniture d'une fonctionnalité active de rupture et de cicatrisation. L'optimisation du processus de préparation de microcapsules sur mesure offre une excellente occasion d'essayer de nouvelles méthodes, souvent passionnantes pour un chercheur. »

Karan est convaincu que cette percée dans la recherche de revêtements protecteurs fera beaucoup pour résoudre certains des problèmes de corrosion auxquels nous sommes confrontés lors de l'utilisation de revêtements polymères traditionnels, ce qui garantira en fin de compte des lieux de travail et des communautés plus sûrs.
Dr Karan Thanawala de Chemwatch

Enquête rapide