Qual é o potencial dos revestimentos{0}com autocura para prolongar a vida útil das superfícies das placas de aquecimento?

Quando o revestimento antiaderente de uma-placa de aquecimento é arranhado, a umidade ou os ácidos podem danificar o metal por baixo. Uma nova classe de revestimentos auto-reparáveis ​​pode reparar um arranhão de forma autônoma e restaurar a proteção sem a necessidade de envolvimento humano. Esses revestimentos apresentam pequenas esferas cheias de líquido que se abrem quando feridas. Por muitos anos, os revestimentos protetores de placas de aquecimento industriais,-sejam acabamentos antiaderentes à base de PTFE-,-revestimentos cerâmicos ou barreiras de fluoropolímero-têm sido afetados por uma desvantagem básica: a barreira protetora fica irreversivelmente enfraquecida se for arranhada ou danificada. O substrato metálico exposto é suscetível a incrustações, corrosão e falhas precoces. Esse paradigma está prestes a mudar graças aos revestimentos auto-reparáveis, uma tecnologia que evoluiu da curiosidade de laboratório para a comercialização inicial em alguns setores. As implicações para as superfícies das placas de aquecimento vão muito além da mera durabilidade, incluindo revestimentos reparáveis ​​que previnem ativamente falhas durante longas vidas úteis.

O processo: demanda-microcápsulas curativas
Tal como a pele viva, o revestimento cura-se sozinho. Um revestimento-autocurativo é um sistema composto inteligente, e não um único material. Bilhões de minúsculas cápsulas, cada uma com um agente de cura líquido e, em certas formulações, um catalisador disperso, estão incorporadas na matriz do revestimento. Essas cápsulas têm geralmente entre 10 e 100 micrômetros de diâmetro. Esse projeto é conhecido como um sistema de auto-cura extrínseco, uma vez que agentes externos, em oposição às qualidades materiais intrínsecas, fornecem a capacidade de cura-13.

As microcápsulas que estão no caminho de uma fratura rompem-se quando um arranhão, rachadura ou outro dano mecânico rompe o revestimento. O agente cicatrizante é liberado por essa ruptura e entra na área lesada por ação capilar. Uma reação de polimerização é então iniciada quando o produto químico liberado entra em contato com o catalisador disperso por toda a matriz de revestimento. Dentro de 15 a 30 segundos, o ingrediente cicatrizante em formulações criadas para uso industrial polimeriza, selando o arranhão, fechando a lacuna e retornando 85 a 95% das propriedades originais do material-1. A barreira curada retoma então a sua função protetora, evitando que meios corrosivos penetrem no metal subjacente e, no caso de revestimentos antiaderentes, preservando as características de liberação em toda a região selada.

Outras arquiteturas de{0}recuperação automática estão sendo investigadas, além dos dispositivos baseados-em microcápsulas. Para fornecer proteção-anti{4}}corrosão de longo prazo, revestimentos-por{6}}camada que usam ligações covalentes dinâmicas-como ligações de base-de Schiff em matrizes de polidimetilsiloxano-foram combinados com acabamentos de PTFE. Esses revestimentos fornecem recursos de cura-de danos repetíveis. Elastômeros que se auto-regeneram em questão de minutos enquanto retêm superfícies-antiaderentes foram produzidos usando sistemas de polímeros fluorados que empregam segregação repulsiva de cadeias laterais de fluoroalquil-65. Esses métodos mostram a variedade de técnicas de auto{17}}recuperação que estão sendo desenvolvidas, embora ainda estejam em fase de pesquisa para aplicações de alta temperatura.

Da funcionalidade da superfície à proteção contra corrosão
A validação mais extensa da tecnologia de auto{0}reparação foi encontrada em revestimentos anti-corrosão. Todos os anos, a corrosão causa mais de 700 mil milhões de dólares em perdas económicas em todo o mundo, ou mais de 3% do PIB global-13. Os revestimentos anti-corrosivos convencionais servem simplesmente como barreiras passivas, oferecendo proteção até que ocorram danos, momento em que a corrosão começa e se espalha até mesmo a partir de uma minúscula área exposta-13. Em contraste, os revestimentos autocurativos imitam os sistemas imunológicos biológicos, proporcionando aos materiais uma reação ativa que reconhece a lesão e inicia o reparo na fonte-13.

A prevenção da corrosão é apenas uma vantagem para o aquecimento de superfícies de placas. Qualidades de superfície anti-aderentes ou de baixo{2}}atrito também são essenciais para muitas placas de aquecimento industriais, especialmente em aplicações que envolvem processamento de polímeros, contato com alimentos ou manuseio de adesivos. Além de expor o substrato metálico à corrosão, um arranhão que penetra em um revestimento anti{4}de PTFE fornece uma área localizada onde os materiais processados ​​podem aderir, resultando em queimadura-, contaminação e aquecimento irregular. Para manter a proteção e o desempenho, as versões-de autorrecuperação desses revestimentos podem restaurar automaticamente a funcionalidade-antiaderente no local inicial.

A dificuldade: operar em altas temperaturas
Embora essa tecnologia para configurações operacionais em altas-temperaturas ainda esteja em seus primórdios, a ideia é intrigante. A estabilidade térmica é o maior obstáculo ao uso de revestimentos auto-reparáveis ​​em superfícies de placas de aquecimento. A maioria dos sistemas de cura bem-sucedidos-baseados em microcápsulas foram criados para aplicações em temperatura ambiente ou ligeiramente aumentada, utilizando materiais centrais como diciclopentadieno, resinas epóxi, isocianatos ou óleos secantes-13. Em temperaturas acima de aproximadamente 150-200 graus, seus agentes de cura e materiais da parede da cápsula começam a deteriorar-se ou rompem-se prematuramente.

No entanto, dependendo da aplicação, as placas de aquecimento podem funcionar constantemente em temperaturas que variam de 80 graus a bem mais de 200 graus. Os revestimentos antiaderentes feitos de PTFE geralmente são classificados para uso contínuo até 260 graus, com breve exposição a temperaturas mais altas. Nessas condições, um aditivo-de autocura que se decomponha a 180 graus não seria muito útil.

Avanços na estabilidade térmica
O estudo de sistemas de autorrecuperação termicamente estáveis-está se desenvolvendo rapidamente. Em comparação com as cápsulas tradicionais, as microcápsulas com invólucros de polimetilmetacrilato reforçados com nanotubos de carbono de paredes múltiplas funcionalizados mostraram maior estabilidade térmica. Os materiais do invólucro são feitos para suportar temperaturas de processamento e serviço de até 200 graus -39. Para criar estruturas em camadas de vidro borossilicato, óxidos e silicatos que apresentam propriedades de auto-cura em temperaturas entre 1.400 e 1.600 graus -muito mais altas do que a faixa de placas de aquecimento à base de polímero-cerâmica-revestimentos de auto{14}}baseados em polímero foram desenvolvidos usando sinterização de plasma de faísca para aplicações em temperaturas ultra-altas.

A próxima etapa é projetar microcápsulas com materiais de revestimento termicamente estáveis ​​(como resinas de-ureia reticulada-formaldeído ou melamina-formaldeído) ou mudar para mecanismos de autocura intrínsecos-que não dependem de líquidos encapsulados para a faixa de temperatura intermediária relevante para placas de aquecimento revestidas com PTFE-, que é de aproximadamente 100 a 260 graus. Uma estratégia intrínseca promissora que funciona em altas temperaturas sem encapsular produtos químicos é representada por elastômeros auto-de autocura de fluoropolímero, que realizam uma cura rápida por meio da segregação repulsiva de cadeias laterais de fluoroalquil-65.

Situação Atual e Rotas de Aplicação
Os revestimentos anticorrosivos-reparáveis-de autocura passaram do estudo acadêmico para o uso industrial inicial em setores como proteção de dutos, automotivo e marítimo-13. No entanto, as aplicações industriais eficazes continuam a ser raras e a tradução das realizações laboratoriais para a realidade comercial continua a enfrentar desafios-13. Especificamente para superfícies de placas de aquecimento, os revestimentos de PTFE autocurativos comercialmente acessíveis não são atualmente uma oferta de produto comum.

A trajetória tecnológica é evidente, no entanto. Revestimentos que combinam as qualidades inerentes de anti-aderência e resistência-a produtos químicos do PTFE com capacidades de auto{3}}cura são o foco de estudos ativos. Um método de bicamada, por exemplo, combina uma matriz de polidimetilsiloxano auto{5}}curável como camada protetora primária, com uma película fina de PTFE adicionada à superfície para evitar a interação com a água e preservar o-desempenho a longo prazo-66. Estudos revelaram que essas estruturas de bicamada fornecem resistência à corrosão eficaz e-livre de riscos e um caminho para blindagem metálica de longo prazo.

Para fabricantes de placas de aquecimento e usuários-finais industriais, o maior benefício imediato dos revestimentos auto-reparáveis ​​pode ser o tempo prolongado entre os repinturas. Os atuais revestimentos de PTFE em placas de aquecimento geralmente exigem reaplicação ou substituição após vários anos de serviço, dependendo da gravidade do atrito mecânico, da exposição a produtos químicos e dos ciclos de temperatura. Um revestimento auto-regenerativo que repara autonomamente pequenos arranhões e danos por abrasão à medida que surgem pode dobrar ou triplicar a vida útil efetiva antes que o novo revestimento se torne necessário. Uma forte proposta de valor para operações industriais-de alto rendimento é a redução nas despesas com mão de obra, tempo de inatividade e uso de material de revestimento.

Biografia-Inspiração e perspectivas
A pesquisa de materiais está se tornando cada vez mais bio-inspirada, seguindo sugestões do mundo natural. A auto{2}}cura é uma característica natural nos reinos vegetais e animais com biodiversidade, aprimorada pela evolução-49. As plantas restringem os danos através da compartimentação; os mamíferos conseguem a cura através da coagulação; ambos empregam redes circulatórias ou cápsulas para distribuir produtos químicos de reparo nos locais das feridas-49. O revestimento autocurativo-baseado em microcápsulas é uma tradução direta de engenharia dessas estratégias naturais - um "sistema vascular" sintético incorporado no revestimento, pronto para responder quando a barreira da superfície é violada.

Olhando para o futuro, os revestimentos{0}reparadores para placas de aquecimento provavelmente evoluirão em vários eixos:

Capacidade de cura-multiciclo: a maioria dos sistemas existentes pode curar cada local lesionado apenas uma vez, porque as microcápsulas naquela região são consumidas. Polímeros com memória de forma e conexões covalentes reversíveis estão sendo fundidos para permitir múltiplos ciclos de cura no mesmo local-1.

Cura acionada-por estímulo versus cura autônoma: embora a cura autônoma (liberação-induzida por dano sem intervenção externa) seja preferível, alguns aplicativos podem se beneficiar de sistemas de liberação acionados termicamente ou acionados por pH-, que podem ser iniciados sob demanda-56.

Integração com monitoramento de condições: indicadores fluorescentes ou colorimétricos incorporados nas microcápsulas podem fornecer aviso visual de danos, permitindo que os operadores detectem locais onde ocorreu a cura-ou onde o agente de cura foi esgotado.

Produtos químicos sustentáveis: agentes terapêuticos de base biológica e materiais de cápsulas ambientalmente benignos estão em pesquisa, combinando com tendências industriais mais amplas em direção à diminuição da pegada ambiental.

Para concluir
Os revestimentos{0}com autocura representam o próximo desenvolvimento em superfícies protetoras, prometendo placas de aquecimento que evitam pequenos danos e duram mais. O mecanismo -microcápsulas de agentes de cura que se rompem e polimerizam ao serem arranhadas-foi comprovado em laboratório e em ambientes comerciais selecionados para aplicações resistentes à corrosão-. A principal barreira técnica para aplicações de placas de aquecimento é estender a estabilidade térmica desses sistemas para a faixa operacional de 100 a 260 graus de superfícies revestidas-de PTFE, um desafio que está sendo enfrentado por meio de cápsulas termicamente robustas, matrizes de auto{9}reparação de fluoropolímero e alternativas de alta-base de cerâmica-de alta temperatura. Embora os revestimentos de PTFE autocurativos não sejam atualmente um produto comum, a ciência dos materiais subjacentes está melhorando rapidamente, e os primeiros a adotar aplicações específicas de aquecimento industrial poderão ver opções comerciais nos próximos anos. Para um setor que mede a vida útil dos equipamentos em anos e o recobrimento em meses, a possível expansão dos intervalos de manutenção por meio de reparos autônomos e de inspiração biológica é uma tendência que vale a pena observar.