Metaalcorrosie tegengaan met zelfherstellende epoxycoatings

De corrosie van metalen is een destructief proces dat tot enorme economische verliezen leidt. Volgens de World Corrosion Organization worden de kosten van corrosie wereldwijd geschat op meer dan $ 1.8 biljoen. Dr Karan Thanawala, een onderzoekswetenschapper aan de IITB-Monash Research Academy en een lid van het Chemwatch-team, hoopt dit aantal aanzienlijk te verminderen.

Karan legt uit dat corrosie van metalen voorwerpen het resultaat is van een elektrochemische reactie aan het oppervlak waarbij het metaal wordt geoxideerd in aanwezigheid van elektrolyt en zuurstof. De inspanningen ter voorkoming van corrosie zijn het gebruik van alternatief materiaal en ontwerp van de component, en/of het aanbrengen van een geschikte beschermende coating, afhankelijk van het type omgevingscondities en de verwachte levensduur. Hiervan is de meest gebruikelijke en efficiënte benadering voor het beheersen van corrosie de toepassing van op organische polymeer gebaseerde coatings. Echter, aangebracht op de buitenste laag van deze structuren, zijn deze coatings gevoelig voor beschadiging en krassen op micro-/nanoniveau tijdens hantering en onderhoud. Dit soort schade is moeilijk te detecteren, waardoor het corrosieproces verslechtert en uiteindelijk de beschermende coating onbruikbaar wordt. Daarom, zegt Karan, is het een aantrekkelijker concept om coatings te ontwerpen en te ontwikkelen die het vermogen hebben om de schade te genezen, waarbij de beschermende eigenschappen behouden blijven.

Inkapseling van lijnzaadolie en tungolie in ureum-formaldehyde-omhulsels werd uitgevoerd met behulp van in-situ polymerisatietechniek. Optimalisatie van procesparameters voor de bereiding van microcapsules werd uitgevoerd met behulp van berekende hoeveelheden olie en ureum-formaldehyde, die werden onderworpen aan de vorming van bolvormige microcapsules met een grootte van 25-45 µm, die afhankelijk zijn van de reactietijd en roersnelheid. De aldus bereide microcapsules werden geanalyseerd met behulp van optische microscopie (OM), scanning-elektronenmicroscopie (SEM) en Fourier-transformatie-infraroodspectroscopie (FT-IR), om de inkapseling van olie in de dunne schillen van ureum-formaldehyde te verzekeren. Dunne film zelfherstellende coatings met uniform en snel zelfherstellend vermogen werden bereikt met microcapsules in een geoptimaliseerde concentratie van 3 gew.%. De corrosiewerende werking werd geëvalueerd met behulp van een immersietest en elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS).

Verderop over zijn onderzoek verklaart Karan: "De ontwikkeling van zelfherstellende coatings vormde grote uitdagingen. De belangrijkste factor was het bereiken van reproduceerbaarheid van grootte, vorm en morfologie van geprepareerde microcapsules, die, wanneer ze aan de coating worden toegevoegd, de slimme genezingsfunctionaliteit leveren. De kritische parameters van het syntheseproces zoals roersnelheid en reactietijd werden geoptimaliseerd, wat de vorming van grootte en vorm van de microcapsules domineert. Bovendien zijn de componenten van de microcapsules geselecteerd op basis van hun biocompatibiliteit en ongevaarlijke aard, waardoor ze als groene materialen worden geclassificeerd. Deze bereide microcapsules werden in verschillende concentraties in de organische coating gedispergeerd. Deze met microcapsules geïmpregneerde coatings werden, na volledige uitharding, geïnduceerd met een kunstmatige kras, vóór corrosietest in een zoutoplossing (vergelijkbaar met zeewater) voor evaluatie van de prestatie van de coatings. Het effect van toevoeging van de microcapsules op de zelfherstellende functionaliteit werd onderzocht met behulp van optische microscopie. De coatings werden verder geanalyseerd op mechanische en adhesie-eigenschappen voor gebruik als commerciële industriële coatings. De resultaten van zelfherstellende coatings waren vergelijkbaar met de controlecoatings (zonder de microcapsules).”

Over wat Karan motiveerde om zijn onderzoek op dit gebied te concentreren, zegt hij: "Zelfherstellende composieten hebben een groot potentieel voor het oplossen van vele beperkingen van polymere coatings en structurele materialen, namelijk microscheuren en verborgen beschadigingen. Beschadigingen in de coating zijn de voorlopers van structureel falen, en het vermogen om ze te genezen zal structuren mogelijk maken met een langere levensduur en minder onderhoud. Zelfherstellende coatings bootsen het natuurlijke genezingsproces na, vergelijkbaar met de genezing van een beschadigde huid. Daarom zijn zelfherstellende coatings erg aantrekkelijk omdat ze de duurzaamheid van de gecoate componenten kunnen garanderen, zelfs na beschadiging in de coating vanwege chemische of mechanische redenen. De synthese van microcapsules en het formuleren van zelfherstellende coatings vormen grote uitdagingen. De grootte van microcapsules, vorm en morfologieën spelen een belangrijke rol bij het verschaffen van een actieve functionaliteit van scheuren en genezen. Het optimaliseren van het proces om microcapsules op maat te maken, biedt een geweldige kans om nieuwe methoden uit te proberen, vaak spannend voor een onderzoeker."

Karan is ervan overtuigd dat deze doorbraak in het onderzoek naar beschermende coatings veel zal doen om een ​​aantal corrosieproblemen op te lossen waarmee we worden geconfronteerd bij het gebruik van traditionele polymere coatings, wat uiteindelijk zal zorgen voor veiligere werkplekken en gemeenschappen.
Dr. Karan Thanawala van Chemwatch

Snel onderzoek