INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE

Nuove vernici sostenibili e resistenti all’acqua sviluppate con polimeri autorigeneranti ultrasottili

A cura dell’Università dell’Illinois

Urbana-Champaign (IL) – Stati Uniti nmiljkov@illinois.edu

Un gruppo di ricercatori ha scoperto un nuovo metodo per creare vernici superficiali ultrasottili resistenti all’acqua, autorigeneranti e abbastanza resistenti da sopravvivere a graffi e ammaccature. Il nuovo materiale è stato sviluppato combinando film sottili e tecnologie autorigeneranti.

Attraverso uno studio condotto da Nenad Miljkovic, professore di scienza e ingegneria meccanica, e Christopher Evans, professore di scienza e ingegneria dei materiali, dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, i ricercatori sono stati in grado di creare una nuova vernice superficiale ultrasottile. Secondo lo studio, le qualità di rapida evaporazione di un polimero specializzato contenente una rete di legami dinamici nella sua struttura portante aiutano a formare un rivestimento resistente all’acqua e autorigenerante di spessore su scala nanometrica. Inoltre, il rivestimento è abbastanza robusto da resistere a graffi e ammaccature. Questo nuovo materiale, sviluppato unendo tecnologie autorigeneranti a un film sottile, trova un ampio spettro di potenziali applicazioni, tra cui vernici autopulenti, antighiaccio, anti-appannamento, antibatteriche, antiincrostazioni e che facilitano lo scambio di calore.

Lo scopo della ricerca

L’obiettivo principale del team era aumentare l’efficienza delle centrali elettriche a vapore, che sono le più grandi generatrici di elettricità al mondo, utilizzando questo tipo di vernice nei loro condensatori. “Le vernici, quando applicate alle superfici dei condensatori, li rendono più

© Adobe Stock

Una turbina a vapore.

resistenti all’acqua ed efficienti nella formazione di goccioline d’acqua, che ottimizzano il trasferimento di calore”, ha affermato l’assistente di ricerca dottorando Jingcheng Ma, co-autore dello studio. Secondo i ricercatori, le sottili vernici utilizzate nelle centrali elettriche a vapore possono incorrere in vari problemi di durata. I rivestimenti possono rompersi in una settimana e talvolta anche in poche ore. Una durata così breve rende l’applicazione una sfida continua. Questo è stato un problema fondamentale nelle scienze meccaniche e dei materiali per circa otto decenni poiché, sebbene i rivestimenti più spessi siano più durevoli, riducono il trasferimento di calore ed erodono i vantaggi impliciti della vernice. Precedenti studi hanno rivelato che la maggior parte delle vernici ultrasottili presenta piccoli difetti di foratura dopo essere stata polimerizzata sulla superficie. Il vapore penetra attraverso i difetti, determinando la graduale de-laminazione della vernice. Pertanto l’obiettivo dei ricercatori era sviluppare un film sottile privo di fori e resistente all’acqua e migliorare l’efficienza energetica delle centrali elettriche a vapore di diversi punti percentuali. Chiamato dyn-PDMS, il materiale può essere facilmente applicato su materiali stratificati su scala nanometrica su varie superfici come silicio, alluminio, rame o acciaio. “I materiali autorigeneranti possono riciclarsi e rielaborarsi da soli. Abbiamo scoperto che possiamo utilizzare con successo l’autorigenerazione consentita dai legami dinamici, consentendo alle vernici di autoriparare i graffi o di prevenire la foratura”, ha affermato Evans. “Uno dei motivi per cui possiamo ottenere strati così sottili è perché i solventi utilizzati nella reazione evaporano molto rapidamente, lasciando solo il polimero”, ha continuato il professore. “Inoltre, una volta polimerizzato, il materiale si ripara dai graffi molto rapidamente, così velocemente che è difficile vederlo in tempo reale. Tuttavia non si riscontra questo comportamento in grandi campioni sfusi del materiale, solo nel film sottile, perciò ora stiamo cercando di capirne il motivo”.

© L. Brian Stauffer

Surface Coating Installations

Da sinistra, la dottoranda Ellie Porath, il professor Nenad Miljkovic, il professor Christopher Evans e l’assistente di ricerca Jingcheng Ma.