Nuova protezione anticorrosione che si ripara da sola

Dopo una scoperta casuale, i ricercatori hanno sviluppato una straordinaria protezione contro la corrosione: Si illumina nei punti in cui non è danneggiata, si ripara da sola e può essere riutilizzata più volte.

Grattacieli, ponti, navi, aerei, automobili: tutto ciò che l’uomo crea prima o poi si deteriora. Le ingiurie del tempo si chiamano corrosione e non si fermano davanti a nulla.

La lotta contro la corrosione è di conseguenza costosa: tutti i Paesi investono complessivamente circa il 3,5% del prodotto interno lordo globale nella protezione dalla corrosione all’anno, vale a dire circa 4000 miliardi di dollari USA. Un mercato enorme. E un problema gigantesco.

I ricercatori guidati da Markus Niederberger e Walter Caseri del Laboratory for Multifunctional Materials 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 miscelato come una vernice e riscaldato, spruzzato su una superficie e diventa solido. Buchi e crepe nello strato protettivo sono indicati dall’assenza di fluorescenza.

Inoltre, ripara da solo i danni senza ulteriori interventi esterni. Alla fine del ciclo di vita 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 proprietà e le funzioni speciali del polimero.

Ilcaso ha aiutato

All’inizio dello sviluppo si è trattato di 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, polimerizzava. "Si trattava di un fenomeno involontario e indesiderato", ricorda il professore dell’ETH. "All’inizio non sapevamo nemmeno noi 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 comuni non avrebbe dovuto esserlo affatto. In primo luogo, uno studente di dottorato ha migliorato la sintesi del polimero. Al suo successore, il dottorando Marco D’Elia, è stato affidato il compito di trovare un’applicazione sensata per il PPM.

"E ha risolto questo compito 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

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, ad esempio a base di resine epossidiche, è durevole.

Infine, ma non meno importante, il polimero chiude da solo i danni nella pavimentazione. "I meccanismi di autoriparazione sono molto richiesti, ma realizzarli è molto difficile e le soluzioni valide sono finora rare", sottolinea Caseri. Per ottenere l’auto-riparazione, di solito si utilizzano additivi chimici, che con il tempo vengono rimossi dal polimero e finiscono nell’ambiente. Non è così per il PPM: "Questo materiale non ha bisogno di additivi", sottolinea il professore.

Il PPM è anche più sostenibile rispetto ai precedenti materiali anticorrosione, perché può essere completamente staccato e riciclato alla fine della vita del prodotto. Anche se nel processo si perde 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 dimostrano inoltre che il polimero si comporta meglio dei materiali anticorrosione a base epossidica sia in termini di impatto ambientale che di salute umana. "In definitiva, le soluzioni di smaltimento delle resine epossidiche sono solo due: Incenerire o mettere in discarica", afferma Marco D’Elia. "Il nostro prodotto percorre la terza via: il riciclo".

"Il progetto mostra la versatilità della scienza 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 la procedura giusta, è possibile limitarli notevolmente", spiega l’ex dottorando, che spera in una commercializzazione della protezione anticorrosione.

I ricercatori hanno richiesto un brevetto per la loro invenzione. Il brevetto è ancora in corso. Inoltre, sono attualmente alla ricerca di un partner industriale che sviluppi ulteriormente il prodotto e lo produca e distribuisca su larga scala. Considerando il volume del mercato globale, D’Elia ritiene che il potenziale sia molto grande. "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 raggiunti. La sintesi chimica, la caratterizzazione della struttura molecolare e lo studio delle proprietà del materiale, come la fluorescenza, che non era prevista per questo tipo di polimero, mostrano "tutta la versatilità della scienza dei materiali".

Anche l’ingegneria di produzione, un altro importante pilastro del suo dipartimento, era 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.

Inoltre, dimostra l’importanza della cooperazione internazionale. In questo progetto, i ricercatori hanno lavorato con università partner in Spagna, Austria, Italia e Regno Unito.