Koliki je potencijal samozacjeljujućih premaza za produljenje vijeka trajanja površina grijaćih ploča?

Kada se neljepljivi premaz grijaće ploče izgrebe, vlaga ili kiseline mogu oštetiti metal ispod. Nova klasa samo{2}}premaza za zacjeljivanje može samostalno popraviti ogrebotinu i vratiti zaštitu bez potrebe za ljudskim angažmanom. Ove prevlake sadrže male kuglice prepune tekućine koje se otvaraju kad se ozlijede. Dugi niz godina zaštitni premazi industrijskih grijaćih ploča-bilo da se radi o završnim slojevima koji se ne lijepe-na bazi PTFE-, keramičkim premazima ili fluoropolimernim barijerama-imaju osnovni nedostatak: zaštitna barijera je nepovratno oslabljena ako se izgrebe ili ošteti. Izložena metalna podloga podložna je obraštanju, koroziji i ranom kvaru. Ova će se paradigma uskoro promijeniti zahvaljujući-samozacjeljujućim premazima, tehnologiji koja je napredovala od laboratorijske zanimljivosti do rane komercijalizacije u nekoliko industrija. Implikacije za površine grijaćih ploča daleko nadilaze puku trajnost i uključuju popravljive premaze koji aktivno sprječavaju kvar tijekom dugog životnog vijeka.

Proces: zahtijevajte-iscjeljujuće mikrokapsule
Poput žive kože, premaz zacjeljuje sam sebe. Samozacjeljujući premaz je pametan kompozitni sustav, a ne jedan materijal. Milijarde sićušnih kapsula, svaka s tekućim ljekovitim sredstvom i, u određenim formulacijama, raspršenim katalizatorom, ugrađene su unutar matrice premaza. Ove kapsule su obično između 10 i 100 mikrometara u promjeru. Ovaj se dizajn naziva vanjski-sustav samoiscjeljivanja budući da vanjski uzročnici, za razliku od intrinzičnih materijalnih kvaliteta, pružaju sposobnost iscjeljivanja-13.

Mikrokapsule koje se nalaze na putu loma pucaju kada ogrebotina, pukotina ili druga mehanička oštećenja probiju premaz. Ljekovito sredstvo se oslobađa ovim puknućem i kapilarnim djelovanjem ulazi u ozlijeđeno područje. Reakcija polimerizacije tada započinje kada oslobođena kemikalija dođe u kontakt s katalizatorom raspršenim kroz matricu premaza. U roku od 15 do 30 sekundi, ljekoviti sastojak u formulacijama stvorenim za industrijsku upotrebu polimerizira, zapečaćuje ogrebotinu, zatvara prazninu i vraća 85 do 95% izvornih svojstava materijala-1. Zacijeljena barijera tada ponovno preuzima svoju zaštitnu ulogu, sprječavajući korozivni medij da prodre u temeljni metal i, u slučaju neljepljivih premaza, čuva karakteristike otpuštanja u zapečaćenom području.

Osim uređaja koji se- temelje na mikrokapsulama, istražuju se i druge samo{0}}arhitekture. Kako bi se osigurala dugoročna-anti{4}}zaštita od korozije, slojevi-po-slojevi koji koriste dinamičke kovalentne veze-kao što su Schiffove-bazne veze u polidimetilsiloksanskim matricama-upareni su s PTFE završnim premazima. Ovi premazi pružaju ponovljive{11}}mogućnosti zacjeljivanja oštećenja. Elastomeri koji se sami-zacjeljuju u roku od nekoliko minuta dok zadržavaju-neljepljive površine proizvedeni su korištenjem fluoriranih polimernih sustava koji koriste odbojnu segregaciju fluoroalkilnih bočnih lanaca-65. Ove metode pokazuju raznolikost tehnika-samoiscjeljivanja koje se razvijaju, iako su još uvijek uglavnom u fazi istraživanja za primjene na visokim temperaturama.

Od površinske funkcionalnosti do zaštite od korozije
Najopsežnija validacija tehnologije samozacjeljivanja pronađena je u-antikorozivnim premazima. Svake godine korozija uzrokuje više od 700 milijardi dolara ekonomskih gubitaka diljem svijeta ili više od 3% globalnog BDP-a-13. Konvencionalni-premazi protiv korozije jednostavno služe kao pasivne barijere, nudeći zaštitu sve dok ne dođe do oštećenja, a tada počinje korozija i širi se čak i s malog izloženog područja-13. Nasuprot tome, samozacjeljujući premazi oponašaju biološke imunološke sustave dajući materijalima aktivnu reakciju koja prepoznaje ozljedu i pokreće popravak na izvoru-13.

Sprječavanje korozije samo je jedna prednost za grijaće površine ploča. Ne{1}}kvaliteta površine s-neprianjanjem ili niskim{2}}trenjem također je bitna za mnoge industrijske grijaće ploče, posebno u primjenama koje uključuju obradu polimera, kontakt s hranom ili rukovanje ljepilom. Osim izlaganja metalne podloge koroziji, ogrebotina koja prodire kroz ne-prianjajući PTFE premaz pruža lokalizirano područje na koje se obrađeni materijali mogu zalijepiti, -za posljedicu opekotine, kontaminaciju i neravnomjerno zagrijavanje. Kako bi se održala i zaštita i učinkovitost, samo-verzije ovih premaza mogle bi automatski vratiti-neprianjajuću funkcionalnost na mjestu ogrebotine.

Poteškoća: Rad na visokim temperaturama
Iako je ova tehnologija za visoke-temperaturne radne postavke još uvijek u povojima, ideja je intrigantna. Toplinska stabilnost najveća je prepreka korištenju samozacjeljujućih premaza na površinama grijaćih ploča. Većina uspješnih sustava liječenja temeljenih na -mikrokapsulama stvorena je za primjenu na ambijentalnoj ili blago povišenoj temperaturi, koristeći materijale jezgre kao što su diciklopentadien, epoksidne smole, izocijanati ili sušiva ulja-13. Na temperaturama iznad otprilike 150-200 stupnjeva, njihova ljekovita sredstva i materijali stijenke kapsule počinju propadati ili prijevremeno pucati.

Međutim, ovisno o primjeni, grijaće ploče mogu stalno raditi na temperaturama u rasponu od 80 stupnjeva do znatno iznad 200 stupnjeva. Neprianjajući premazi izrađeni od PTFE-a obično su ocijenjeni za kontinuiranu upotrebu do 260 stupnjeva, s kratkim izlaganjem višim temperaturama. U tim uvjetima samo-aditiv koji se razgrađuje na 180 stupnjeva ne bi bio od velike pomoći.

Napredak u toplinskoj stabilnosti
Proučavanje toplinski stabilnih samo{0}}sustava brzo se razvija. U usporedbi s tradicionalnim kapsulama, mikrokapsule s polimetil metakrilatnim ljuskama ojačanim funkcionaliziranim više-stjejnim ugljikovim nanocjevčicama pokazale su veću toplinsku stabilnost. Materijali školjke izrađeni su da izdrže temperature obrade i rada do 200 stupnjeva -39. Kako bi se stvorile slojevite strukture od borosilikatnog stakla, oksida i silikata koji pokazuju svojstva samo-zacjeljivanja na temperaturama između 1400 i 1600 stupnjeva -mnogo višim od raspona grijaćih ploča-na bazi polimera-keramičkih-samo{14}}prevlaka razvijene su pomoću iskre plazme sinteriranje za primjenu na ultra-visokim temperaturama.

Sljedeći je korak ili dizajnirati mikrokapsule s toplinski stabilnim materijalima omotača (kao što su umrežene-urea-formaldehid ili melamin-formaldehidne smole) ili prebaciti na intrinzične mehanizme samo-ozdravljenja koji se ne oslanjaju na inkapsulirane tekućine za međutemperaturni raspon relevantan za PTFE-grijaće ploče, što je otprilike 100–260 stupnjeva. Obećavajuća unutarnja strategija koja funkcionira na visokim temperaturama bez inkapsuliranja kemikalija predstavljaju fluoropolimerni samo-zacjeljujući elastomeri, koji postižu brzo zacjeljivanje odbojnom segregacijom fluoroalkilnih bočnih lanaca-65.

Trenutna situacija i smjerovi primjene
Samo{0}}premazi protiv-korozije prešli su iz akademskih studija u ranu industrijsku upotrebu u industrijama kao što su zaštita cjevovoda, automobilska industrija i pomorstvo-13. Međutim, učinkovite industrijske primjene i dalje su rijetke, a prevođenje s laboratorijskih dostignuća na komercijalnu stvarnost i dalje se suočava s izazovima-13. Posebno za površine grijaćih ploča, komercijalno dostupni samozacjeljujući PTFE premazi trenutno nisu uobičajena ponuda proizvoda.

Ipak, tehnološka putanja je očita. Premazi koji kombiniraju svojstva PTFE-a svojstvena neprianjanju i-otpornosti na kemikalije sa-mogućnostima samozacjeljivanja u fokusu su aktivnog proučavanja. Dvoslojna metoda, na primjer, kombinira samo{5}}polidimetilsiloksansku matricu kao primarni zaštitni sloj, s PTFE tankim filmom koji je dodan na površinu kako bi se spriječila interakcija s vodom i očuvala dugoročna-učinak-66. Studije su otkrile da takve dvoslojne strukture pružaju učinkovitu otpornost na koroziju-bez ogrebotina i put za dugotrajnu zaštitu metala.

Za proizvođače grijaćih ploča i industrijske krajnje-korisnike, najveća neposredna korist od samo-premaza može biti produženo vrijeme između ponovnog premazivanja. Trenutačni PTFE premazi na grijaćim pločama često zahtijevaju ponovnu primjenu ili zamjenu nakon nekoliko godina rada, ovisno o ozbiljnosti mehaničkog trošenja, izloženosti kemikalijama i temperaturnim ciklusima. Samozacjeljujući premaz koji samostalno popravlja sitne ogrebotine i oštećenja od abrazije koja nastaju mogao bi udvostručiti ili utrostručiti efektivni radni vijek prije nego što nanošenje ponovnog premaza postane potrebno. Snažan prijedlog vrijednosti za-industrijske operacije visokog protoka je smanjenje troškova rada, zastoja i upotrebe materijala za premazivanje.

Bio-inspiracija i izgledi
Istraživanje materijala postaje sve više i više bio-nadahnuto, uzimajući znakove iz prirodnog svijeta. Samo-izlječenje je prirodna osobina u bioraznolikim biljnim i životinjskim carstvima, izbrušena evolucijom-49. Biljke ograničavaju štetu kroz kompartmentalizaciju; sisavci postižu ozdravljenje zgrušavanjem; oba koriste cirkulacijske mreže ili kapsule za distribuciju kemikalija za popravak na mjesta rana-49. Samozacjeljujuća prevlaka-na bazi mikrokapsula izravan je inženjerski prijevod ovih prirodnih strategija - sintetski "vaskularni sustav" ugrađen u prevlaku, spreman reagirati kada se probije površinska barijera.

Gledajući unaprijed, samo{0}}premazi za grijaće ploče vjerojatno će se razvijati duž različitih osi:

Više{0}}ciklusni kapacitet iscjeljivanja: većina postojećih sustava može izliječiti svako ozlijeđeno mjesto samo jednom, jer se mikrokapsule u toj regiji troše. Polimeri za pamćenje oblika i reverzibilne kovalentne veze se spajaju kako bi se omogućilo više ciklusa zacjeljivanja na istom mjestu-1.

Stimulus-pokrenuto naspram autonomnog zacjeljivanja: dok je autonomno zacjeljivanje (-izazvano štetom izazvano oslobađanje bez vanjske intervencije) bolje, neke primjene mogu imati koristi od termički potaknutih ili pH-pokrenutih sustava otpuštanja, koji se mogu pokrenuti na zahtjev-56.

Integracija s praćenjem stanja: ugrađeni fluorescentni ili kolorimetrijski indikatori unutar mikrokapsula mogu pružiti vizualno upozorenje o štetnosti, omogućujući operaterima da otkriju mjesta na kojima je došlo do zacjeljivanja-ili gdje je ljekovito sredstvo iscrpljeno-.

Održive kemije: terapeutska sredstva na biološkoj- osnovi i ekološki benigni materijali za kapsule su pod istraživanjem, u skladu sa širim industrijskim trendovima prema smanjenom utjecaju na okoliš.

U zaključku
Samozacjeljujući-premazi predstavljaju sljedeći razvoj zaštitnih površina, obećavajući grijaće ploče koje izbjegavaju mala oštećenja i traju dulje. Mehanizam-mikrokapsula ljekovitih sredstava koje pucaju i polimeriziraju nakon grebanja-je dokazan u laboratoriju i odabranim komercijalnim postavkama za-aplikacije otporne na koroziju. Primarna tehnička prepreka za primjenu grijaćih ploča je proširenje toplinske stabilnosti ovih sustava na radni raspon od 100–260 stupnjeva PTFE-obloženih površina, izazov koji se rješava kroz toplinski robusne ljuske kapsule, fluoropolimerne samo-matrice za zacjeljivanje i visokotemperaturne-alternative-na bazi keramike. Dok samozacjeljujuće PTFE prevlake trenutačno nisu roba, temeljna znanost o materijalima ubrzano se unapređuje, a prvi korisnici u određenim industrijskim aplikacijama grijanja mogli bi vidjeti komercijalne opcije u sljedećih nekoliko godina. Za industriju koja mjeri životni vijek opreme u godinama, a nanošenje novog premaza u mjesecima, moguće proširenje servisnih intervala kroz autonomne popravke inspirirane bio-je trend koji vrijedi promatrati.