Recipientes anticorrosión que se pueden volver a cerrar:las cápsulas se abren cuando se reducen y los iones de potasio migran a la cubierta del polímero. Tan pronto como la corrosión se detenga, el polímero está oxidado, las cápsulas se cierran y vuelven a liberar iones de potasio.
Un remedio particularmente ingenioso para el problema de la herrumbre puede estar disponible pronto. Científicos del Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH en Düsseldorf y del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros en Mainz han logrado dar dos pasos enormes hacia el desarrollo de un recubrimiento anticorrosivo autocurativo. En un estudio, incrustaron unas pocas cápsulas de polímero del tamaño de 100 nanómetros que contenían cargas útiles anticorrosión en un recubrimiento. Aplicaron el recubrimiento a un metal y expusieron el metal a la corrosión a través de una grieta en el recubrimiento. Luego, las cápsulas se abrieron y liberaron las cargas útiles protectoras. Tan pronto como terminó el ataque corrosivo, los contenedores se cerraron de nuevo. En el segundo estudio, Los investigadores encapsularon sustancias en nanocontenedores que pueden curar pequeñas grietas y agujeros en la capa protectora de metal. De este modo, los investigadores demostraron que los contenedores fueron alterados químicamente y liberaron las cargas útiles de curación cuando comenzó el proceso de corrosión. Luego, los contenedores se cerraron nuevamente al final del ataque corrosivo.
La piel humana y animal es ejemplar en muchos aspectos. Los científicos de materiales están impresionados sobre todo por la forma en que se cura a sí mismo cuando se daña. Quisieran dotar a los recubrimientos anticorrosión con esta misma capacidad, de modo que las grietas finas y los pequeños orificios en los revestimientos no supongan un desastre a corto o largo plazo para el metal subyacente. "Hemos logrado dos avances en la búsqueda de una protección inteligente contra la corrosión, "informa Michael Rohwerder, Líder de un grupo de investigación del Max-Planck-Institut für Eisenforschung.
Junto con sus colegas del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros, Los investigadores de Düsseldorf probaron cápsulas hechas del polímero conductor polianilina como recipientes para sustancias anticorrosivas. Habían decorado las nanocápsulas con nanopartículas metálicas para generar un contacto eléctrico adecuado entre los recipientes y el metal al que aplicaron las cápsulas como componentes en un recubrimiento. A través de un defecto en la capa protectora, expusieron el metal a la corrosión dejando caer una gota de agua salada en la abertura de la capa protectora. El ataque corrosivo sin embargo, no tuvo ningún efecto, a medida que las paredes de las cápsulas de polímero se volvieron porosas, permitiendo que las sustancias contenidas en ellos escapen, que luego bloqueó el proceso de reducción de oxígeno.
El potencial electroquímico es la clave más confiable para abrir las cápsulas.
"Lo fundamental aquí es seleccionar la señal correcta para abrir la pared de la cápsula, ", dice Michael Rohwerder. De este modo, las cápsulas se pueden abrir de forma puramente mecánica cuando se raya la capa protectora. O pueden reaccionar a un valor de pH en aumento, que puede acompañar al proceso de corrosión. Sin embargo, el equipo de Max Planck optó por explotar el potencial electroquímico como un abridor de cápsulas que perforaba la cubierta de polianilina mediante un proceso de conversión química. "Este potencial siempre cae cuando comienza la corrosión, ", explica Rohwerder." Por lo tanto, proporciona la señal más confiable para que las cápsulas se abran ". Además, Se requiere contacto eléctrico para que las cápsulas reconozcan también la alarma electroquímica. Esto lo proporcionan las nanopartículas de metal entre la pared de la cápsula y el metal. Las cápsulas detectan cuando la corrosión se ha detenido a través del mismo canal de información, ya que el potencial aumenta constantemente en este punto. Luego, la pared de la cápsula se reestructura y los poros se vuelven a sellar.
Los nanocontenedores que contienen cargas útiles anticorrosión se pueden incrustar en recubrimientos metálicos. Liberan sustancias cuando el revestimiento se daña y el metal es atacado por la corrosión. Los químicos de Max Planck sintetizaron las cápsulas hechas de polímero conductor mediante la técnica de miniemulsión. Luego decoran los contenedores con nanopartículas metálicas para que detecten el potencial electroquímico al inicio del proceso de corrosión y se abran químicamente. Tan pronto como cese la corrosión, las cápsulas se cierran de nuevo. Los investigadores también incluyeron sustancias que curan los defectos en la capa protectora de dichas cápsulas.
Los contenedores en el que los investigadores pueden utilizar cargas útiles encerradas para formar una piel de polímero. Estas cargas útiles pueden polimerizar en un defecto y sellar la grieta o el agujero. Sin embargo, En este estudio, los científicos no aplicaron las cápsulas a un metal usando un recubrimiento para probar su corrosión. Replicaron las condiciones químicas que existen al inicio y al final del proceso de corrosión con sustancias reductoras y oxidantes y abrieron o cerraron las cápsulas de esta manera. "Pudimos repetir este proceso redox con las cápsulas de polianilina más de 80 veces, "dice Daniel Crespy, líder de grupo de investigación en el Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros, quien supervisó el estudio.
Los fluidos aceitosos se pueden encapsular en una miniemulsión
El hecho de que las sustancias curativas puedan encapsularse de forma selectiva es de particular interés desde la perspectiva del químico. Esto es posible gracias a una técnica desarrollada por investigadores que trabajan con Katharina Landfester en el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros en Mainz. Producen una emulsión a partir de una solución acuosa, en el que flotan gotas de aceite. Los químicos perfeccionaron un proceso que solo funciona de manera limitada con la leche, después de un tiempo, la crema se acumula en la parte superior. En su miniemulsión, no solo las gotas de aceite son igualmente pequeñas en tamaño, pero permanecen, gracias a algunos trucos químicos, casi completamente estable.
Antes de que Daniel Crespy y sus colegas emulsionen finamente el líquido aceitoso en la solución acuosa mezclándolo y usando ultrasonido, le agregan los componentes de las cápsulas de polímero. Los componentes solo reaccionan para producir moléculas de cadena larga cuando los químicos introducen otro ingrediente químico en la emulsión preparada. que se disuelve en agua y desencadena la polimerización precisamente en la superficie de las gotas de aceite. "Así es como podemos encapsular fluidos aceitosos en un ambiente acuoso, "dice Daniel Crespy. Sin embargo, a pesar de que suena a receta sencilla, los detalles más finos del proceso son en realidad muy difíciles de implementar. Durante la polimerización, el medio químico de la emulsión cambia de modo que las gotas de aceite tienden a agregarse y normalmente se acumulan sobre el agua. "Pero encontramos una forma de estabilizar la emulsión, "dice Crespy.
Las sustancias anticorrosivas deben hacerse más efectivas.
Es más, No es exactamente fácil demostrar que las cápsulas solo liberan el remedio para curar los defectos en un recubrimiento cuando es necesario. Para tal fin, los investigadores de Mainz tuvieron que aislar las cápsulas después de cada paso, desplazarlos con disolventes adecuados y examinarlos con la ayuda de espectroscopia de resonancia magnética nuclear, que proporcionó información sobre los volúmenes de las sustancias contenidas en las cápsulas.
En los dos estudios recientes, El equipo de investigadores de Düsseldorf y Mainz dotó a las nanocápsulas de algunas de las funciones que tendría que proporcionar un recubrimiento de corrosión autocurativo. "Ahora queremos encerrar las sustancias curativas y las sustancias anticorrosivas juntas en las mismas cápsulas, "dice Crespy, ya que solo ambas sustancias combinadas pueden proporcionar una protección completa contra la destrucción causada por la oxidación. Mientras que las sustancias anticorrosivas frenan rápidamente la corrosión, como la interrupción inicial del flujo sanguíneo en caso de lesión, las sustancias curativas restauran el efecto anticorrosivo duradero del revestimiento. Sin embargo, como una herida curativa, necesitan más tiempo para hacer su trabajo. "Hasta ahora, no ha sido posible encapsular ambas sustancias en las mismas condiciones químicas, ", dice Daniel Crespy. Esto es lo que a él y a sus colegas les gustaría lograr.
Michael Rohwerder también ha identificado dos desafíos adicionales que aún deben superarse antes de que se complete el sistema anticorrosivo de autocuración. "Primero, debemos identificar las sustancias inhibidoras que sean igualmente efectivas, por ejemplo, como cromatos, "dice el científico. Los cromatos todavía establecen el estándar en términos de recubrimientos anticorrosión en la actualidad; sin embargo, están prohibidos en un número creciente de aplicaciones debido a su toxicidad. "Segundo, debemos asegurarnos de que las sustancias curativas alcancen un defecto más rápido y en mayores cantidades, "dice Rohwerder. Hasta ahora, se han visto reprimidos por el hecho de que no son muy solubles en agua; corrosión, sin embargo, solo ocurre cuando un defecto se expone al agua. Si los investigadores logran avanzar en estos temas, Es muy posible que los recubrimientos metálicos sean iguales a la piel viva en lo que respecta a los poderes de autocuración.
