自己修復エポキシコーティングによる金属腐食との戦い

金属の腐食は破壊的なプロセスであり、莫大な経済的損失につながります。 世界腐食組織によると、腐食のコストは世界中で1.8兆ドルを超えると推定されています。 カラン・タナワラ博士IITB-Monash Research Academyの研究者であり、Chemwatchチームのメンバーである、は、この数を大幅に減らすのに役立つことを望んでいます。

カランは、金属物体の腐食は、電解質と酸素の存在下での金属の酸化を伴う表面で発生する電気化学反応の結果であると説明しています。 腐食防止のために取られた努力は、環境条件のタイプと予想される寿命に応じて、代替材料の使用とコンポーネントの設計、および/または適切な保護コーティングの適用です。 これらのうち、腐食を制御するための最も一般的で効率的なアプローチは、有機ポリマーベースのコーティングの適用です。 ただし、これらの構造の最外層に適用されるこれらのコーティングは、取り扱いおよびサービス中にマイクロ/ナノレベルの損傷や引っかき傷の影響を受けやすくなります。 この種の損傷は検出が難しく、腐食プロセスが悪化し、最終的に保護コーティングが役に立たなくなります。 したがって、カラン氏は、損傷を修復する能力を備えたコーティングを設計および開発し、それによって保護特性を維持することがより魅力的な概念であると述べています。

尿素-ホルムアルデヒドシェルへの亜麻仁油と桐油のカプセル化は、その場での重合技術を使用して実行されました。 マイクロカプセルを調製するためのプロセスパラメータの最適化は、反応時間と攪拌速度に依存する、25〜45 µmサイズの球状マイクロカプセルの形成に供された計算量の油と尿素-ホルムアルデヒドを使用して実行されました。 このように調製されたマイクロカプセルは、光学顕微鏡(OM)、走査型電子顕微鏡(SEM)、およびフーリエ変換赤外分光法(FT-IR)を使用して分析され、尿素-ホルムアルデヒドの薄いシェルに油が確実に封入されました。 均一で迅速な自己修復能力を備えた薄膜自己修復コーティングは、3 wt%の最適化された濃度のマイクロカプセルで達成されました。 防食性能は、浸漬試験と電気化学インピーダンス分光法(EIS)を使用して評価しました。

カランは彼の研究についてさらに説明し、次のように述べています。 最も重要な要素は、準備されたマイクロカプセルのサイズ、形状、および形態の再現性を達成することでした。これは、コーティングに追加されると、スマートな治癒機能を提供します。 攪拌速度や反応時間などの合成プロセスの重要なパラメーターが最適化され、マイクロカプセルのサイズと形状の形成が支配的になりました。 さらに、マイクロカプセルの成分は、それらの生体適合性と非危険性に基づいて選択されており、グリーン材料として分類されています。 これらの調製されたマイクロカプセルは、様々な濃度で有機コーティングに分散された。 これらのマイクロカプセル含浸コーティングは、完全に硬化した後、コーティングの性能を評価するために生理食塩水(海水と同様)で腐食試験を行う前に、人工スクライブで誘導されました。 自己修復機能に対するマイクロカプセルの添加の効果を、光学顕微鏡を使用して調査した。 コーティングは、商業用工業用コーティングとして使用するための機械的および接着特性についてさらに分析された。 自己修復コーティングの結果は、コントロールコーティング(マイクロカプセルなし)と同等でした。」

カランがこの分野に研究を集中する動機について、彼は次のように述べています。「自己修復複合材料は、ポリマーコーティングや構造材料の多くの制限、つまり微小亀裂や隠れた損傷を解決する大きな可能性を秘めています。 コーティングの損傷は構造的破損の前兆であり、それらを修復する能力により、より長い寿命とより少ないメンテナンスで構造が可能になります。 自己治癒コーティングは、損傷した皮膚の治癒と同様に、自然治癒プロセスを模倣します。 したがって、自己修復コーティングは、化学的または機械的理由によるコーティングの損傷後でもコーティングされたコンポーネントの耐久性を保証できるため、非常に魅力的です。 マイクロカプセルの合成と自己修復コーティングの処方は、大きな課題をもたらします。 マイクロカプセルのサイズ、形状、および形態は、破裂および治癒の能動的機能を提供する上で重要な役割を果たします。 調整されたマイクロカプセルを準備するためのプロセスを最適化することで、新しい方法を試す絶好の機会が得られ、研究者にとってしばしば刺激的です。」

カランは、保護コーティングの研究におけるこの画期的な進歩が、従来のポリマーコーティングを使用するときに直面する腐食の問題を解決するのに大いに役立つと確信しています。これにより、最終的にはより安全な職場とコミュニティが保証されます。
ChemwatchのDrKaran Thanawala

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