Antykorozyjny lakier wodorozcieńczalny z użyciem grafenu płatkowego opracowała badaczka z Wojskowej Akademii Technicznej. Jej rozwiązanie zostało już opatentowane i wkrótce może zostać wdrożone w komercyjnych zastosowaniach.
Korozja jest odpowiedzialna za ogromne straty ekonomiczne i środowiskowe. Dotyka praktycznie wszystkich obszarów światowej infrastruktury – od budownictwa, przez przetwórstwo chemiczne, aż po przemysł naftowy, lotniczy i motoryzacyjny. Większość stopów metali w niekorzystnych warunkach ulega korozji. Prowadzi to do ogromnych strat finansowych w światowej gospodarce, a wymiana uszkodzonych elementów jest dodatkowo bardzo czasochłonna. W Polsce szacunki mówią o stratach rzędu 6 do 8 proc. PKB. Wynikają one głównie z przedwczesnych zniszczeń skorodowanych elementów konstrukcji, usunięcia występujących szkód i skutków ewentualnych awarii korozyjnych oraz remontów wynikających ze zniszczeń korozyjnych. Zapobieganie korozji jest nie tylko ważne z powodu unikania strat gospodarczych ale również pozwala na właściwe korzystanie z istniejących zasobów i wpisuje się w cele zrównoważonego rozwoju.
Rozwiązaniem tego problemu może być wynalazek dr inż. Barbary Nasiłowskiej z Centrum Inżynierii Biomedycznej Instytutu Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej, która wpadła na pomysł na pionierskie zastosowanie grafenu płatkowego w nowym antykorozyjnym lakierze wodorozcieńczalnym. Zastosowanie farb i lakierów wodorozcieńczalnych o właściwościach antykorozyjnych jest korzystne dla środowiska naturalnego. Eliminuje niebezpieczne technologie antykorozyjne oparte na chromianowych powłokach konwersyjnych lub powłokach kadmowych. Co więcej lakier wodorozcieńczalny z tlenkiem grafenu nie zawiera lotnych rozpuszczalników organicznych, zatem jest niepalny i bardziej przyjazny środowisku. Kluczowe było opracowanie takich proporcji, które umożliwiłyby otrzymanie produktu o bardzo dobrych właściwościach antykorozyjnych.
Wszystkie badania próbek przeprowadzono zgodnie z obowiązującymi normami. Wyniki budzą duże nadzieje, ponieważ produkcja lakieru z dodatkiem tlenku grafenu nie powinna kosztować dużo więcej niż lakierów dostępnych na rynku. Jednocześnie widać znaczącą poprawę ich właściwości antykorozyjnych. W przypadku próbek pokrytych lakierem z dodatkiem tlenku grafenu, dotknięta korozją powierzchnia była 40 razy mniejsza – raportuje dr inż. Barbara Nasiłowska.
Po przygotowaniu próbek lakieru z tlenkiem grafenu poddano je badaniom odporności na działanie czynników korozyjnych w sprzyjającej korozji atmosferze obojętnej mgły solnej. W przypadku próbek stali pokrytych lakierem bez dodatku tlenku grafenu korozja występowała na 20 proc. poddanej badaniom powierzchni. W próbkach z dodatkiem tlenku grafenu objęła ona tylko 0,5 proc. powierzchni badanej próbki.
Dodanie tlenku grafenu w postaci płatków jest rozwiązaniem innowacyjnym, ponieważ układają się one równolegle do płaszczyzny zewnętrznej próbki i ograniczają w ten sposób wpływ niekorzystnych czynników zewnętrznych. Lakier z dodatkiem tlenku grafenu jest przeznaczony głównie do zabezpieczania powierzchni podatnych na działanie korozji. Można nim zabezpieczać powierzchnie płaskie, ale również te posiadające rozwiniętą powierzchnię – przekonuje autorka pomysłu.
Warstwa o grubości ok. 90 µm lakieru jako wodorozcieńczalna żywica akrylowa była nałożona na odtłuszczone próbki ze stali S275JR o wymiarach 150 mm × 75 mm × 1 mm, z użyciem aplikatora. Zespołowi badawczemu zależało, aby powłoka zabezpieczała stal często stosowaną w przemyśle, która jest bardzo podatna na oddziaływanie korozji. Powłoka wodorozcieńczalnej żywicy akrylowej na każdej próbce była nakładana dwukrotnie, równolegle i prostopadle do kierunku walcowania stali. Analiza powłoki lakierowej z dodatkiem tlenku grafenu i zredukowanego tlenku grafenu wykazała przy użyciu mikroskopii elektronowej i świetlnej równomierny rozkład płatków w wodorozcieńczalnej żywicy akrylowej.
Zaproponowane przez nas rozwiązanie oprócz odporności korozyjnej uwzględnia również czynnik estetyczny, determinujący popyt wodorozcieńczalnej żywicy akrylowej. Powłoki te pełnią również funkcję dekoracyjną, nadającą pokrywanym powierzchniom oczekiwany wygląd i połysk. Należy pamiętać, że niektóre dodatki mogą jednak powodować zmianę reflektancji całkowitej i rozproszonej, wpływając na barwę i odcień powłoki lakierowej. Dlatego szczególnie cieszy nas fakt, że udało nam się opracować wodorozcieńczalny lakier grafenowy o właściwościach antykorozyjnych, który nie wpływa na zmianę koloru czyli mówiąc bardziej naukowo na zmianę reflektancji całkowitej i rozproszonej – wyjaśnia dr inż. Barbara Nasiłowska.
Prace nad projektem trwały dwa lata. Współpracowano w tym zakresie z Instytutem Mikroelektroniki i Fotoniki oraz Instytutem Mechaniki Precyzyjnej – oba należą do Sieci Badawczej Łukasiewicz. Badano grafen o różnym kształcie i wielkości płatków oraz stopniu zredukowania. Naukowcy na całym świecie prześcigają się w poszukiwaniach metod produkcji i zastosowań dla grafenu. Badania prowadzone na WAT wpisują się w ten trend. Opracowanie składu powłoki z grafenem do konkretnego zastosowania wymaga jeszcze dalszych prac. Produkt, który powstanie na ich bazie, przyniesie jednak korzyści dla gospodarki i pozytywnie wpłynie na środowisko. Technologia została już opatentowana i może wkrótce zostać wdrożona w komercyjnych zastosowaniach.
Marcin Wrzos, źródło: WAT