Revista de Nanomedicina y Descubrimiento Bioterapéutico
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abstracto

Corrosion protection with graphene

B.Munzing

El grafeno, teóricamente la capa atómica del grafito, ahora se puede producir a gran escala industrial. La mayoría de estos procesos generan grafeno de pocas capas. The Sixth Element ha establecido un proceso patentado para fabricar diferentes tipos de grafeno con propiedades específicas diseñadas para diferentes aplicaciones. La investigación sobre cómo usar el grafeno en los recubrimientos ya comenzó en 2013 con el objetivo de reducir el zinc en los sistemas de recubrimiento de protección contra la corrosión a base de solventes. En imprimaciones estándar con alto contenido de zinc, el zinc actúa como capa de sacrificio catódico, ya que el zinc es un metal más innoble, por lo que protege el sustrato metálico subyacente. Cuando el zinc se oxida cada vez más, el óxido de zinc resultante forma una barrera que evita el ataque de los medios circundantes (agua, sal) al sustrato metálico. La idea ahora era diseñar un tipo de grafeno, ser suficientemente conductor eléctrico para soportar cualquier función catódica del sistema y ser capaz de actuar como una barrera sin producir una celda de batería. Otro requisito fue que dicho grafeno se pueda procesar con equipos estándar utilizados en la industria del recubrimiento. En cooperación con un socio industrial en China, Toppen Co, se desarrolló el tipo de grafeno SE1132. Es un grafeno de pocas capas con conductividad media. La adición de un 1 % de SE1132 a un sistema de imprimación epoxi y la reducción del contenido de zinc al 25 % (basado en la sustancia seca) muestran mejoras significativas en las pruebas de niebla salina y de condensación de agua en comparación con una imprimación epoxi rica en zinc estándar. Los resultados se han confirmado midiendo la corriente de corrosión de dicho sistema. Sixth Element obtuvo una patente en China y EE. UU. para este desarrollo.torre de energía eólica en 2015.

Recientemente, se han introducido nuevos imprimadores que contienen zinc junto con pigmentos adicionales. Estas imprimaciones tienen como objetivo cumplir con los requisitos más recientes para la protección contra la corrosión, que se establecen en un documento de estándares internacionales (ISO 12944-2018). Desafortunadamente, los productos de zinc, como el polvo de zinc de uso común, son altamente tóxicos para la vida acuática. Por lo tanto, los usuarios en ambientes marinos exigen cada vez más imprimaciones con un contenido de zinc muy reducido.

Aquí es donde entra en juego el grafeno, la forma monocapa de grafito. Este material se detectó por primera vez en 2004 y su excepcional resistencia mecánica, junto con sus excelentes propiedades de conducción eléctrica y térmica, lo hacen atractivo para una variedad de aplicaciones. El grafeno también puede absorber átomos o moléculas y puede funcionalizarse uniendo diferentes grupos químicos a sus átomos de carbono.

Durante los últimos 15 años, científicos e ingenieros han establecido varias rutas para producir grafeno industrialmente. Para aplicaciones en la industria electrónica, la disposición de vapor químico (CVD), que comienza con una atmósfera rica en carbono y deposita una sola capa de átomos de carbono sobre un sustrato, se usa normalmente para crear láminas de grafeno con una alta conductividad eléctrica. Otra ruta común es usar un método Hummers modificado, en el que primero se oxida el grafito y luego, a través de pasos de reducción llevados a cabo en una atmósfera inerte, se producen diferentes tipos de grafeno. Otros métodos incluyen pelar o exfoliar capas de grafeno mediante un proceso electroquímico patentado.

Con la excepción de CVD, estos métodos tienden a producir productos de grafeno de pocas capas, que están disponibles en forma de polvo o dispersos en solventes, agua y sistemas de polímeros. Las partículas primarias de un producto de grafeno de pocas capas pueden tener tamaños laterales de 1 µm a más de 50 µm, con un espesor de hasta unos pocos nanómetros, dependiendo del número de capas. Aunque estos productos no son grafeno puro, su conductividad eléctrica y térmica y sus propiedades mecánicas son muy similares a las del material puro. Fundamentalmente, están lo suficientemente cerca para fines de protección contra la corrosión.

La corrosión, en el uso más común de la palabra, es la oxidación electroquímica de un metal (generalmente acero) con un oxidante como oxígeno, sulfatos o cloruros para formar sales metálicas químicamente estables, es decir, óxido. Al ser un material conductor, el grafeno puede influir en la reacción electroquímica (junto con el segundo pigmento anticorrosión complementario) de manera favorable, lo que significa menos oxidación. Las propiedades de barrera del grafeno respaldan este efecto. Además, el grafeno puede fortalecer la adhesión del aglutinante en el sistema de recubrimiento a los sustratos. Esto ayuda a evitar que el agua (salada), que ataca los sustratos, separe la capa protectora del sustrato.