Combattere la corrosione dei metalli con rivestimenti epossidici autoriparanti

La corrosione dei metalli è un processo distruttivo che porta a enormi perdite economiche. Secondo la World Corrosion Organisation, si stima che i costi della corrosione superino i 1.8 trilioni di dollari in tutto il mondo. Il dottor Karan Thanawala, un ricercatore presso l'IITB-Monash Research Academy e membro del team di Chemwatch, spera di contribuire a ridurre significativamente questo numero.

Karan spiega che la corrosione degli oggetti metallici è il risultato di una reazione elettrochimica che si verifica in superficie che comporta l'ossidazione del metallo in presenza di elettrolita e ossigeno. Gli sforzi compiuti per la prevenzione della corrosione sono l'uso di materiali alternativi e la progettazione del componente e/o l'applicazione di un rivestimento protettivo adeguato, a seconda del tipo di condizioni ambientali e della vita prevista. Di questi, l'approccio più comune ed efficiente per controllare la corrosione è l'applicazione di rivestimenti a base di polimeri organici. Tuttavia, applicati sullo strato più esterno di queste strutture, questi rivestimenti sono suscettibili di danni e graffi di livello micro/nano durante la manipolazione e il servizio. Questo tipo di danno è difficile da rilevare, consentendo al processo di corrosione di peggiorare e alla fine rendere inutile il rivestimento protettivo. Pertanto, afferma Karan, è un concetto più attraente progettare e sviluppare rivestimenti che abbiano la capacità di guarire il danno, mantenendo così le proprietà protettive.

L'incapsulamento di olio di lino e olio di tung in gusci di urea-formaldeide è stato eseguito utilizzando la tecnica di polimerizzazione in situ. L'ottimizzazione dei parametri di processo per la preparazione delle microcapsule è stata effettuata utilizzando quantità calcolate di olio e urea-formaldeide, che sono state sottoposte alla formazione di microcapsule sferiche della dimensione di 25-45 µm, che dipendono dal tempo di reazione e dalla velocità di agitazione. Le microcapsule così preparate sono state analizzate mediante microscopia ottica (OM), microscopia elettronica a scansione (SEM) e spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FT-IR), per garantire l'incapsulamento dell'olio nei sottili gusci di urea-formaldeide. Rivestimenti autorigeneranti a film sottile con capacità di autoriparazione rapida e uniforme sono stati ottenuti con microcapsule a una concentrazione ottimizzata del 3% in peso. Le prestazioni anticorrosive sono state valutate mediante test di immersione e spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS).

Spiegando ulteriormente la sua ricerca, Karan afferma: "Lo sviluppo di rivestimenti autorigeneranti ha posto grandi sfide. Il fattore più importante è stato ottenere la riproducibilità delle dimensioni, della forma e della morfologia delle microcapsule preparate, che, se aggiunte al rivestimento, forniscono la funzionalità di guarigione intelligente. Sono stati ottimizzati i parametri critici del processo di sintesi come la velocità di agitazione e il tempo di reazione, che domina la formazione delle dimensioni e della forma delle microcapsule. Inoltre, i componenti delle microcapsule sono stati selezionati in base alla loro biocompatibilità e alla natura non pericolosa, che le classifica come materiali verdi. Queste microcapsule preparate sono state disperse nel rivestimento organico in concentrazioni variabili. Questi rivestimenti impregnati di microcapsule, dopo l'indurimento completo, sono stati indotti con uno scriba artificiale, prima del test di corrosione in una soluzione salina (simile all'acqua di mare) per la valutazione delle prestazioni dei rivestimenti. L'effetto dell'aggiunta delle microcapsule sulla funzionalità di autoguarigione è stato studiato mediante microscopia ottica. I rivestimenti sono stati ulteriormente analizzati per le proprietà meccaniche e di adesione per l'uso come rivestimenti industriali commerciali. I risultati dei rivestimenti autorigeneranti erano paragonabili ai rivestimenti di controllo (senza le microcapsule).”

Su ciò che ha motivato Karan a concentrare la sua ricerca su quest'area, afferma: “I compositi autorigeneranti possiedono un grande potenziale per risolvere molte limitazioni dei rivestimenti polimerici e dei materiali strutturali, ovvero microcricche e danni nascosti. I danni al rivestimento sono i precursori del cedimento strutturale e la capacità di sanarli consentirà alle strutture di durare più a lungo e di ridurre la manutenzione. I rivestimenti autorigeneranti imitano il processo di guarigione naturale, simile alla guarigione della pelle danneggiata. Pertanto, i rivestimenti autorigeneranti sono molto attraenti in quanto possono garantire la durata dei componenti rivestiti anche dopo danni al rivestimento dovuti a ragioni chimiche o meccaniche. La sintesi di microcapsule e la formulazione di rivestimenti autorigeneranti pongono grandi sfide. La dimensione delle microcapsule, la forma e le morfologie giocano un ruolo importante nel fornire una funzionalità attiva di rottura e guarigione. L'ottimizzazione del processo per preparare microcapsule su misura offre grandi opportunità di provare nuovi metodi, spesso entusiasmanti per un ricercatore".

Karan è fiducioso che questa svolta nella ricerca di rivestimenti protettivi farà molto per risolvere alcuni dei problemi di corrosione che dobbiamo affrontare quando utilizziamo i tradizionali rivestimenti polimerici, che alla fine garantiranno luoghi di lavoro e comunità più sicuri.
Il dottor Karan Thanawala di Chemwatch

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