Una nuova protezione anticorrosione che si ripara da sola
I ricercatori del Fare all'ETH hanno sviluppato una straordinaria protezione contro la corrosione in seguito a una scoperta casuale: Si illumina nei punti in cui non è danneggiata, si ripara da sola e può essere riutilizzata più volte.
Grattacieli, ponti, navi, aerei, automobili: prima o poi, tutto ciò che l'uomo crea cade a pezzi. I danni del tempo si chiamano corrosione e non si fermano davanti a nulla.
La lotta alla corrosione è di conseguenza costosa: tutti i Paesi investono ogni anno circa il 3,5% del prodotto interno lordo globale nella protezione dalla corrosione, ovvero circa 4.000 miliardi di dollari. Un mercato enorme. E un problema gigantesco.
I ricercatori dell'ETH guidati da Markus Niederberger e Walter Caseri del Laboratorio per i materiali multifunzionali presentano ora una nuova soluzione: negli ultimi anni hanno sviluppato una plastica che potrebbe migliorare e semplificare notevolmente la protezione dalla corrosione. Il materiale miracoloso si chiama poli(fenilene metilene), o PPM in breve.
Questo nuovo materiale anticorrosione prende più piccioni con una fava. Il PPM può essere spruzzato su una superficie, mescolato come colore e riscaldato, e diventa solido. Il polimero indica fori e crepe nello strato protettivo grazie all'assenza di fluorescenza.
Inoltre, ripara i danni da solo, senza ulteriori interventi esterni. Inoltre, al termine della vita utile di un prodotto, il polimero può essere completamente rimosso e riciclato con una perdita minima di materiale. Il riciclato può essere applicato a un'altra superficie senza perdere le speciali proprietà e funzioni del polimero.
La coincidenza ha aiutato
Lo sviluppo è iniziato per puro caso. Circa dieci anni fa, i ricercatori del laboratorio di Niederberger stavano lavorando alla produzione di nanoparticelle in uno speciale solvente organico. In determinate condizioni, il solvente diventava solido e polimerizzava. "Si trattava di un fenomeno involontario e indesiderato", ricorda l'ETH. "All'inizio non sapevamo cosa farne".
Ma poi hanno scoperto che il polimero creato accidentalmente, chiamato PPM, aveva un'altra interessante proprietà oltre all'elevata stabilità termica: era fluorescente, anche se secondo le idee convenzionali non avrebbe dovuto esserlo affatto - e lo hanno sviluppato ulteriormente in modo mirato. In primo luogo, un dottorando ha migliorato la sintesi del polimero. Al suo successore, il dottorando Marco D'Elia, è stato affidato il compito di trovare un'applicazione utile per il PPM.
"E ha portato a termine l'incarico a pieni voti", dice Walter Caseri, che ha supervisionato D'Elia. Anche i suoi contatti con gli esperti di corrosione dell'Università degli Studi di Milano si sono rivelati fruttuosi.
Facile da applicare, versatile nell'uso
I test di laboratorio hanno dimostrato che un rivestimento a base di PPM protegge bene i metalli, soprattutto l'alluminio, dalla corrosione. Sebbene lo strato protettivo possa essere applicato fino a dieci volte più sottile rispetto agli agenti protettivi convenzionali, come quelli basati su resine epossidiche, è durevole.
Infine, ma non meno importante, il polimero chiude da solo i danni nel rivestimento. "I meccanismi di autoriparazione sono molto richiesti, ma realizzarli è molto difficile e le soluzioni valide sono ancora rare", sottolinea Caseri. Per ottenere l'auto-riparazione, di solito si utilizzano additivi chimici che, con il tempo, vengono rimossi dal polimero e rilasciati nell'ambiente. Non è così con il PPM: "Questo materiale non richiede alcun additivo", sottolinea il professore titolare.
Il PPM è anche più sostenibile rispetto ai precedenti materiali anticorrosione, perché può essere completamente rimosso e riciclato alla fine della vita del prodotto. Sebbene nel processo si perda un po' di materiale polimerico, il tasso di riciclaggio è molto alto, pari al 95%. Nei loro test, i ricercatori sono riusciti a riutilizzare il materiale cinque volte.
Gli studi sulla sostenibilità della protezione anticorrosione a base di PPM mostrano anche che il polimero ha prestazioni migliori rispetto ai materiali anticorrosione a base epossidica sia in termini di impatto ambientale che di salute umana. "In definitiva, ci sono solo due soluzioni di smaltimento per le resine epossidiche: Incenerimento o discarica", afferma Marco D'Elia. "Il nostro prodotto percorre la terza via: il riciclo".
"Il progetto mostra la versatilità della scienza ed ingegneria dei materiali".
Tuttavia, la protezione anticorrosione PPM non è completamente innocua per l'ambiente. "I prodotti sintetici hanno sempre un impatto. Ma se si sceglie l'approccio giusto, è possibile limitarlo notevolmente", spiega l'ex dottorando, che spera che la protezione dalla corrosione venga commercializzata.
I ricercatori hanno richiesto un brevetto per la loro invenzione. Il brevetto è ancora in corso. Sono inoltre alla ricerca di un partner industriale per sviluppare ulteriormente il prodotto, produrlo e venderlo su larga scala. Considerando il volume del mercato globale, D'Elia ritiene che il potenziale sia molto alto. "La nostra tecnologia è abbastanza avanzata, ma per poter vendere un prodotto dobbiamo ancora migliorarla", afferma.
Walter Caseri, da parte sua, è orgoglioso dei risultati ottenuti. La sintesi chimica, la caratterizzazione della struttura molecolare e l'indagine delle proprietà del materiale, come la fluorescenza, che non ci si aspettava per questo tipo di polimero, mostrano "tutta la versatilità della scienza ed ingegneria dei materiali".
Anche la tecnologia di produzione, un altro importante pilastro del suo dipartimento, è entrata in gioco. "E ora abbiamo una grande applicazione. Con questo progetto abbiamo coperto tutti gli elementi fondamentali della ricerca sui materiali", riferisce Caseri con entusiasmo.
Il progetto dimostra anche l'importanza della collaborazione internazionale. In questo progetto, i ricercatori del Fare all'ETH hanno lavorato con università partner in Spagna, Austria, Italia e Regno Unito.
Riferimento alla letteratura
D'Elia MF, Magni M, Romanò T, Trasatti SPM, Niederberger M, Caseri WR: Rivestimenti intelligenti anticorrosione a base di poli(fenilene metilene): Una valutazione del comportamento intrinseco di auto-guarigione del copolimero. Polymers 2022, 14, 3457. doi: pagina esterna10.3390/polym141734571