Materiale colorante autorigenerante per auto

Sviluppato un materiale di rivestimento protettivo trasparente per autoveicoli che può essere autorigenerato in 30 minuti se esposto alla luce solare.

L'eccellente durata dei rivestimenti per autoveicoli è la questione più importante nella protezione della loro superficie. Inoltre, i materiali di rivestimento protettivo devono essere incolori e trasparenti in modo da poter vedere la tinta originale del prodotto. Tuttavia, è difficile fornire una funzione di autogenerazione soddisfacendo tutte queste condizioni. È stato riportato che reti polimeriche dinamiche contenenti materiali fototermici dimostrano un'auto-guarigione intrinseca altamente efficiente sotto irraggiamento. In particolare, i sali ionici organici che assorbono il vicino infrarosso, come i coloranti di diammonio, funzionano come riscaldatori polimerici trasparenti e possono migliorare le proprietà autoriparanti dei trasparenti. I materiali con movimento molecolare libero hanno un'elevata efficienza di autorigenerazione, ma hanno una bassa durata, mentre i materiali con elevata durezza ed eccellente durata hanno prestazioni di autorigenerazione notevolmente scarse.

Il team di ricerca composto dal dottor Jin Chul Kim, dal dottor Young il Park e dal dottor Ji-Eun Jeong del Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) (1) ha sviluppato un materiale di rivestimento trasparente, descritto nel giornale ACS Applied Polymer Materials (2), che soddisfa tutte le condizioni citate sopra e presenta caratteristiche simili. Prestazioni a quelle dei materiali di rivestimento protettivi commerciali e possono essere autorigenerati solo con la luce solare (in particolare la luce del vicino infrarosso alla luce del sole, nell'intervallo di lunghezze d'onda da 1.000 a 1.100 nm).

Utilizzando il materiale protettivo autorigenerante sviluppato, i graffi superficiali possono essere riparati in 30 minuti se esposti alla luce solare. Per dimostrare le prestazioni autorigeneranti del materiale di rivestimento sviluppato, il team di ricerca ha rivestito un modellino di auto in scala di laboratorio utilizzando una macchina per la verniciatura a spruzzo. Quando il modellino è stato esposto alla luce solare di mezzogiorno per circa 30 minuti, il graffio è scomparso completamente e la superficie del materiale di rivestimento è stata ripristinata.

Principio del fenomeno di autorigenerazione: quando la luce solare viene assorbita dal materiale sviluppato, la temperatura superficiale aumenta poiché l'energia luminosa viene convertita in energia termica. Successivamente, l'aumento della temperatura della parete rende possibile l'autoriparazione di un graffio superficiale ripetendo la dissociazione e la ricombinazione dei legami chimici nella struttura del polimero.

Alla resina di rivestimento commerciale esistente, il team di ricerca aggiunge un legame chimico dinamico (struttura dell'urea ostacolata) che può ripetere la decomposizione e la ricombinazione della struttura del polimero e lo mescola con un colorante fototermico trasparente in modo che il legame chimico dinamico possa verificarsi attivamente dopo l'esposizione alla luce solare.

Sebbene siano state studiate le funzioni di autorigenerazione mediante coloranti fototermici, studi precedenti si basavano principalmente su materiali inorganici difficili da applicare industrialmente poiché il materiale di rivestimento dovrebbe essere trasparente. Inoltre, i materiali inorganici richiedono una grande quantità di energia luminosa per produrre un effetto fototermico.

Il team di ricerca ha utilizzato coloranti fototermici organici trasparenti in grado di assorbire la luce del vicino infrarosso. Questa tipologia di luce è una fonte di energia a lunghezza d'onda lunga che rappresenta meno del 10% della luce solare di mezzogiorno e quindi può aggirare l'aumento eccessivo della temperatura della superficie del veicolo. Inoltre, i coloranti fototermici organici presentano numerosi vantaggi per la commercializzazione: non influiscono sul colore del prodotto a causa del colore incolore intrinseco, si fondono facilmente con varie vernici e sono economici.

Il materiale autorigenerante sviluppato dovrebbe essere utilizzato come materiale di rivestimento per applicazioni di trasporto, dispositivi elettronici come smartphone e computer e materiali da costruzione in futuro. Inoltre, dovrebbe contribuire alla realizzazione della neutralità del carbonio riducendo l'uso di solventi organici nocivi, che vengono generati in grandi quantità durante la riverniciatura dei veicoli.

Il dottor Jin Chul Kim del KRECT, direttore della ricerca, ha affermato: «La tecnologia sviluppata è una tecnologia di piattaforma che sintetizza materiali di rivestimento autorigeneranti utilizzando sia materiali polimerici commerciali poco costosi che coloranti fototermici. Si prevede che sarà ampiamente utilizzata non solo nei trasparenti automobilistici, ma anche in varie applicazioni».

KRECT è stato istituito come istituto di ricerca finanziato dal governo nel 1976. KRCT ha svolto un ruolo di primo piano nello sviluppo dell'industria chimica nazionale poiché ha sviluppato tecnologie per i campi di convergenza chimici e correlati, ha trasferito tecnologie chimiche alle industrie, ha creato professionisti nel settore chimico e ha fornito un enorme supporto per una varietà di infrastrutture chimiche. Ha l'obiettivo di raggiungere nuovi traguardi nei settori della chimica e nell'ingegneria chimica continuando il suo ruolo nel facilitare un maggiore utilizzo delle conoscenze scientifiche.

Questo studio è stato sostenuto dal Ministero della Scienza e delle TIC (Corea) ed è stato condotto attraverso il New Career Researcher Program della National Research Foundation of Korea e Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT).

Riferimenti:

(1) Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)

(2) Fast, Localized, and Low-Energy Consumption Self-Healing of Automotive Clearcoats Using a Photothermal Effect Triggered by NIR Radiation

Descrizione foto: Meccanismo di autorigenerazione del materiale di rivestimento protettivo ecologico per veicoli, tra cui rete polimerica dinamica e colorante fototermico. - Credit: Korea Research Institute of Chemical Technology (KRCT).

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Can scratches on car surfaces disappear when exposed to sunlight? : A new self-healing coating material