可自我修复的新型防腐蚀保护

摩天大楼、桥梁、轮船、飞机、汽车——人类制造或建造的一切迟早都会腐烂。时间的摧残被称为腐蚀;没有什么是安全的。

这使得与腐蚀的斗争变得昂贵。所有国家在防腐蚀方面的总投资约占全球年度国内生产总值的3.5%，总计约4万亿美元：一个巨大的市场和一个巨大的问题。

由多功能材料实验室的MarkusNiederberger和WalterCaseri领导的苏黎世联邦理工学院的研究人员现在提出了一种新的解决方案。在过去的几年里，他们开发了一种可以大大改善和简化腐蚀保护的塑料。聚苯亚甲基是奇迹材料的名称，简称PPM。

这种新型防腐材料一石多鸟。当作为油漆混合并加热时，PPM可以喷涂到表面上并变成固体。聚合物通过不发出荧光指示保护层中的孔洞和裂缝。

更重要的是，它可以自行修复任何损坏，无需进一步的外部干预。在产品寿命结束时，聚合物可以完全去除并回收，材料损失极小。然后可以将回收的聚合物应用于另一个表面，而不会损失其特殊性能和功能。该研究发表在《聚合物》杂志上。

机会伸出了援助之手

开启这一发展纯属偶然。大约十年前，Niederberger实验室的研究人员致力于在一种特殊的有机溶剂中生产纳米粒子。在某些条件下，溶剂变成固体：聚合。“那是无意和不受欢迎的，”尼德伯格回忆道。“一开始我们也不知道该怎么办。”

但后来他们发现，他们偶然创造的聚合物——被称为PPM——除了具有高热稳定性外，还有另一个有趣的特性：它会发出荧光，尽管传统知识表明它根本不应该发出荧光。因此，研究人员专门提炼了这种材料。首先，一名博士生改进了聚合物的合成。之后，他的继任者、博士生MarcoD'Elia被赋予了为PPM寻找有用应用程序的任务。

“他出色地完成了这项工作，”D'Elia的主管沃尔特·卡塞里(WalterCaseri)高兴地说。Caseri说，他与UniversitàdegliStudidiMilano腐蚀专家的接触也证明是富有成果的。

易于使用且用途广泛

实验室测试表明，基于PPM的涂层可以很好地保护金属(尤其是铝)免受腐蚀。尽管这种保护涂层可以涂在比传统保护剂(例如基于环氧树脂的保护剂)薄十倍的层中，但它很耐用。

最后但并非最不重要的一点是，聚合物会自行密封涂层的任何损坏。“自我修复机制的需求量很大，但它们很难实现，而且好的解决方案仍然很少见，”Caseri说。为了实现自我修复，通常需要化学添加剂，随着时间的推移，化学添加剂会在聚合物中迁移并释放到环境中。PPM则不然：“这种材料不需要任何添加剂，”Caseri说。

PPM也比以前的防腐材料更具可持续性，因为它可以在产品寿命结束时完全去除和回收。虽然在这个过程中会损失一些聚合物材料，但回收率非常高，达到95%。在他们的测试中，研究人员能够重复使用该材料五次。

对基于PPM的防腐材料的可持续性的研究还表明，在环境影响和人类健康方面，该聚合物的性能优于基于环氧树脂的防腐材料。“实际上只有两种环氧树脂处理方案：焚烧或填埋，”D'Elia说。“我们的产品允许第三种解决方案：回收。”

“项目展示了材料科学的多功能性”

然而，PPM防腐蚀保护并非对环境完全无害。“合成产品总是会产生影响，”D'Elia说。“但如果你选择正确的方法，你可以在很大程度上限制这种影响。”这位前博士生希望看到PPM腐蚀防护商业化。

研究人员已经为他们的发明申请了专利。它仍然悬而未决。他们目前还在寻找行业合作伙伴，以进一步开发该产品并进行大规模生产和分销。鉴于全球市场的规模，D'Elia看到了PPM的巨大潜力。“我们的技术相当先进，但在我们将其作为产品销售之前，我们仍然需要进行一些改进，”他说。

反过来，Caseri对所取得的成就感到自豪。化学合成、PPM分子结构的表征以及对此类聚合物未预期到的材料特性(例如荧光)的研究显示了“材料科学的所有多功能性”。

此外，他所在部门的另一个支柱制造业也有机会大放异彩，他说。“现在我们有了一个很好的应用程序。我们已经通过这个项目涵盖了材料科学的所有这些基本要素。”

这也表明了国际合作的重要性。在这个项目中，ETH研究人员与西班牙、奥地利和意大利以及英国的合作大学合作