IT202100013169A1 - Sistema di rivestimento per proteggere un substrato - Google Patents

Sistema di rivestimento per proteggere un substrato Download PDF

Info

Publication number
IT202100013169A1
IT202100013169A1 IT102021000013169A IT202100013169A IT202100013169A1 IT 202100013169 A1 IT202100013169 A1 IT 202100013169A1 IT 102021000013169 A IT102021000013169 A IT 102021000013169A IT 202100013169 A IT202100013169 A IT 202100013169A IT 202100013169 A1 IT202100013169 A1 IT 202100013169A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
layer
flakes
coating system
coating
graphene
Prior art date
Application number
IT102021000013169A
Other languages
English (en)
Inventor
Sebastiano Bellani
Luca Gabatel
Rio Castillo Esau Antonio Del
Sanjay Balkrishna Thorat
Garcia Miguel Angel Molina
Leyla Najafi
Francesco Bonaccorso
Original Assignee
Fondazione St Italiano Tecnologia
Bedimensional S P A
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fondazione St Italiano Tecnologia, Bedimensional S P A filed Critical Fondazione St Italiano Tecnologia
Priority to IT102021000013169A priority Critical patent/IT202100013169A1/it
Priority to EP22727467.7A priority patent/EP4341085A1/en
Priority to PCT/IB2022/054717 priority patent/WO2022243949A1/en
Priority to US18/561,645 priority patent/US20240254339A1/en
Publication of IT202100013169A1 publication Critical patent/IT202100013169A1/it

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/30—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being formed of particles, e.g. chips, granules, powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/08—Anti-corrosive paints
    • C09D5/082—Anti-corrosive paints characterised by the anti-corrosive pigment
    • C09D5/084—Inorganic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B19/00—Layered products comprising a layer of natural mineral fibres or particles, e.g. asbestos, mica
    • B32B19/02—Layered products comprising a layer of natural mineral fibres or particles, e.g. asbestos, mica the layer of fibres or particles being impregnated or embedded in a plastic substance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/04—Layered products comprising a layer of synthetic resin as impregnant, bonding, or embedding substance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/18—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/18—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives
    • B32B27/22—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives using plasticisers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/28—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42
    • B32B27/281—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42 comprising polyimides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/28—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42
    • B32B27/283—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42 comprising polysiloxanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/28—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42
    • B32B27/288—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42 comprising polyketones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B32B27/302—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers comprising aromatic vinyl (co)polymers, e.g. styrenic (co)polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B32B27/304—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers comprising vinyl halide (co)polymers, e.g. PVC, PVDC, PVF, PVDF
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B32B27/308—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers comprising acrylic (co)polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/34—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyamides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/36—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/36—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters
    • B32B27/365—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters comprising polycarbonates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/38—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising epoxy resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/40—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyurethanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D123/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D123/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09D123/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C09D123/08—Copolymers of ethene
    • C09D123/0846—Copolymers of ethene with unsaturated hydrocarbons containing other atoms than carbon or hydrogen atoms
    • C09D123/0853—Vinylacetate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D123/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D123/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09D123/18—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons having four or more carbon atoms
    • C09D123/20—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons having four or more carbon atoms having four to nine carbon atoms
    • C09D123/22—Copolymers of isobutene; Butyl rubber ; Homo- or copolymers of other iso-olefines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D129/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Coating compositions based on hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D129/14—Homopolymers or copolymers of acetals or ketals obtained by polymerisation of unsaturated acetals or ketals or by after-treatment of polymers of unsaturated alcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D181/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing sulfur, with or without nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on polysulfones; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D181/06—Polysulfones; Polyethersulfones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/70—Additives characterised by shape, e.g. fibres, flakes or microspheres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/02—2 layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/42—Alternating layers, e.g. ABAB(C), AABBAABB(C)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/06—Coating on the layer surface on metal layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/10—Coating on the layer surface on synthetic resin layer or on natural or synthetic rubber layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/20—Inorganic coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/26—Polymeric coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/28—Multiple coating on one surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/025—Particulate layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/105—Metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/107—Ceramic
    • B32B2264/108—Carbon, e.g. graphite particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/12—Mixture of at least two particles made of different materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/712—Weather resistant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/714—Inert, i.e. inert to chemical degradation, corrosion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/724—Permeability to gases, adsorption
    • B32B2307/7242—Non-permeable
    • B32B2307/7244—Oxygen barrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/724—Permeability to gases, adsorption
    • B32B2307/7242—Non-permeable
    • B32B2307/7246—Water vapor barrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/752—Corrosion inhibitor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/762—Self-repairing, self-healing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/12—Ships
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/16—Submarines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/18—Aircraft
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38—Boron-containing compounds
    • C08K2003/382—Boron-containing compounds and nitrogen
    • C08K2003/385—Binary compounds of nitrogen with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/016—Additives defined by their aspect ratio
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Non-Metallic Protective Coatings For Printed Circuits (AREA)

Description

Sezione Classe Sottoclasse Gruppo Sottogruppo
C 08 K 3 04
Sezione Classe Sottoclasse Gruppo Sottogruppo
C 09 D 7 40
Titolo
SISTEMA DI RIVESTIMENTO PER PROTEGGERE UN SUBSTRATO
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: ?SISTEMA DI RIVESTIMENTO PER PROTEGGERE UN SUBSTRATO?
La presente invenzione riguarda un sistema di rivestimento per proteggere un substrato, in particolare un substrato metallico o plastico, con propriet? anticorrosione, barriera, antierosione e antiossidanti superiori e di lunga durata, con eccellenti propriet? meccaniche e che consente una riduzione degli effetti di degassificazione dei polimeri.
Un cambiamento di paradigma nello sviluppo di sistemi anticorrosione e incapsulanti avanzati ? richiesto per consentire sostanziali progressi per un'ampia gamma di applicazioni, da strutture marine e costruzioni aerospaziali massive all'elettronica, inclusi di telecomunicazioni, collegamento in rete, componenti elettronici, elettronica industriale e di consumo.
Gli attuali sistemi di protezione di materiali sono spesso inadatti a contrastare la degradazione di materiali nelle infrastrutture, nel trasporto, nella produzione e nella fabbricazione attuali.
La protezione efficiente di un materiale ? un elemento chiave principale per lo sviluppo di future applicazioni, inclusi concetti innovativi di infrastrutture (per esempio, banchine portuali, strutture offshore, tubazioni di trasmissione, ponti stradali, sistemi di trasmissione e distribuzione di acqua) e dell'elettronica (per esempio, la cosiddetta elettronica "More than Moore") o anche di missioni spaziali.
Per esempio, la corrosione indotta dal cloro ? un problema ben noto nelle applicazioni marine e in altre applicazioni terrestri, per esempio scavi sotterranei e impianti di preparazione di carbone. Inoltre, pu? essere un grave problema in applicazioni extra-terrestri, come gi? diagnosticato su Marte, il cui suolo contiene elevate concentrazioni di composti di perclorato.
La suscettibilit? a ossidazione ambientale dei metalli e dei semiconduttori nell'elettronica, e anche il surriscaldamento causato da elevata densit? di potenza per area unitaria in circuiti integrati miniaturizzati (ovvero, microchip), richiedono sistemi di protezione multifunzionali efficaci (per esempio, antiossidanti e termo-dissipanti), che contemporaneamente contrastino gli effetti scoppio, per esempio la migrazione di ioni metallo.
Negli impianti industriali, gli alogenuri (inclusi fluoruri, cloruri, bromuri e ioduri), gli acidi (per esempio, acido solforico e acido cloridrico) e l'idrogeno sono ulteriori esempi di agenti corrosivi che possono mettere a rischio le funzionalit? e l'integrit? strutturale degli impianti.
Nello spazio vicino al sole, i materiali devono resistere a temperature elevate (> 400?C), e anche alle radiazioni elettromagnetiche e al vento solare. Nell'orbita terrestre bassa (LEO, Low Earth Orbit), l'ossigeno atomico causa grave erosione dei materiali, quali i polimeri, che devono essere modificati o protetti in modo appropriato mediante rivestimenti resistenti all'ossigeno atomico. La degassificazione dei polimeri in ambienti spaziali, quali i cicli termici ad ampio intervallo di temperatura e di vuoto ne cambiano la composizione, le dimensioni e, in ultimo, ne degradano le prestazioni. Pertanto, la resistenza del polimero a fattori concomitanti, per esempio radiazione spaziale ad alta energia, ossigeno atomico e degassificazione ? ancora una sfida nel campo della scienza dei materiali per applicazioni all'avanguardia.
In ambienti ricchi di cloro, quali zone di acqua marina e soggette a schizzi, i metalli utilizzati per applicazioni strutturali (per esempio, ferro e sue leghe, quali acciai) sono tradizionalmente protetti da rivestimenti metallici, inorganici e organici.
I processi di galvanizzazione, per esempio, galvanizzazione a immersione a caldo, consistono nell'applicazione di rivestimenti di zinco protettivi su ferro e sue leghe per impedire l'arrugginimento formando film di carbonato di zinco (ZnCO3) che proteggono i metalli sottostanti.
Tuttavia, la corrosione di ferro e leghe di ferro galvanizzati ? drasticamente potenziata in acqua clorata, in cui lo zinco solido (o ZnCO3) viene rapidamente convertito in cloruro di zinco solubile, che quindi viene lavato via. Questi effetti si osservano comunemente in intelaiature galvanizzate in siti freddi per via della presenza di sale sulle strade, e anche nell'acciaio strutturale galvanizzato utilizzato in ambienti chiusi al di sopra di piscine clorate.
Gli ambienti acidi possono accelerare ulteriormente la corrosione di ferro e leghe di ferro galvanizzati, come mostrato nelle coperture con lastre di ferro ondulate.
I rivestimenti di sale inorganico (per esempio, fosfato, cromato, molibdato, nitrato, borato e silicato) vengono spesso utilizzati come primer di inibizione di corrosione. Tuttavia, tali pigmenti di inibizione tipicamente non riescono a fornire protezione uniforme dei materiali e la loro solubilit? acquosa spesso ne causa il distacco, che ? una causa degli effetti di formazione di bolle in presenza di sovrarivestimenti. I pigmenti di inibizione possono anche essere utilizzati in rivestimenti barriera, ovvero rivestimenti polimerici e inorganici densi e coesivi che sono impermeabili alle specie corrosive. Tuttavia, i rivestimenti protettivi efficaci contrastano intrinsecamente il rilascio degli inibitori, ostacolando cos? il loro utilizzo efficace.
I rivestimenti barriera possono essere rivestimenti sia organici, per esempio, rivestimenti epossidici, sia inorganici, per esempio, film di silice a base di tetraetil ortosilicato e altri silicati di metalli alcalini. Per applicazioni su grandi aree, i rivestimenti organici vengono prodotti depositando resine a base di solventi o di acqua, mentre i rivestimenti inorganici vengono ottenuti attraverso processi sol-gel. Tuttavia, i rivestimenti organici risultanti generalmente mostrano resistenza agli urti insufficiente, creazione di fessure o micropori durante la deposizione, e anche la permeabilit? degli agenti corrosivi, determinando protezione a lungo termine insufficiente. Al contempo, i rivestimenti inorganici sono intrinsecamente fragili richiedendo la miscelazione con materiali di rivestimento organici.
Nonostante i recenti sviluppi conseguiti in rivestimenti inorganici/organici ibridi, le loro prestazioni anticorrosione non hanno ancora conseguito i requisiti di protezione per le strutture marine, che sono preferibilmente progettate utilizzando sistemi di protezione catodici.
Infine, si utilizzano anche rivestimenti sacrificali sotto forma di primer per proteggere i metalli sottostanti. Tali rivestimenti sono costituiti da metalli che si ossidano facilmente (per esempio, zinco e alluminio) per proteggere il metallo sottostante da ulteriore corrosione. Pertanto, il loro meccanismo di lavoro assomiglia alla protezione catodica conseguita utilizzando anodi sacrificali. Tuttavia, l'efficacia di un rivestimento sacrificale dura fino a quando esso rimane e la successiva permeazione dell'acqua (specialmente in strutture sommerse) pu? portare alla corrosione degli agenti sacrificali. Inoltre, dato che le prestazioni del rivestimento sacrificale dipendono dal trasferimento della corrente galvanica, il rivestimento sacrificale deve presentare un basso contenuto di leganti (persino < 10% in peso per rivestimenti a base di Zn) per garantire il contatto elettrico tra le nanoparticelle metalliche sacrificali e il substrato. Di conseguenza, le propriet? di adesione e coesione, e la resistenza agli urti, sono insufficienti per applicazioni sottoposte a sollecitazioni meccaniche.
L'alluminio ? un materiale di peso leggero utilizzato sotto forma di lamine come barriera fisica contro ossigeno e umidit?, specialmente in incapsulanti laminati. Tuttavia, l'alluminio e le sue leghe sono soggetti a notevole corrosione da incrinature in presenza di cloruri, sali solfato, sali alcalini e acidi.
Sebbene gli ossidi di alluminio, cos? come il diossido di silicio e gli ossidi di cromo, siano utilizzati come alternative all'oro e al platino costosi per proteggere le parti di velivoli spaziali da corrosione (o erosione) indotta da ossigeno atomico, la realizzazione dei corrispondenti rivestimenti richiede fasi di trattamento separate che sono difficili da implementare uniformemente su forme complesse, mettendo a rischio l'integrit? del rivestimento stesso per via di fabbricazione, immagazzinaggio mediante movimentazione e urto di particelle spaziali (per esempio, micrometeorite). Quando si utilizzano tali rivestimenti di ossido di metallo per proteggere polimeri sensibili all'ossigeno atomico, l'incompatibilit? tra il coefficiente di termoespansione del polimero di substrato e il rivestimento pu? causare scheggiatura, fessurazione o scollamento al momento dell'oscillazione termica, portando a cedimento del rivestimento. Inoltre, tali rivestimenti protettivi sono fragili e pertanto possono essere danneggiati facilmente da sollecitazioni meccaniche, per esempio piegatura e flessione, risultando inadatti per proteggere sistemi flessibili.
In applicazioni spaziali, si utilizzano regolarmente rivestimenti a base di silicone per proteggere le plastiche sensibili all'ossigeno atomico, per via della loro eccellente resistenza all'ossigeno atomico e alle radiazioni elettromagnetiche. Sfortunatamente, la degassificazione di siliconi volatili porta alla formazione di contaminanti, che formano un deposito di diossido di silicio contenente carbonio in presenza di bombardamenti di ossigeno atomico. La non trasparenza di questi depositi ha una conseguenza deleteria nei sistemi ottici e nei pannelli solari, come si osserva nella stazione spaziale Mir.
Pertanto, sono richieste tecnologie di punta per la protezione dei materiali a lungo termine in ambienti sia a temperatura ambiente sia difficili per garantire gli sviluppi tecnologici in una pletora di applicazioni attuali e future, per fornire sicurezza ambientale, pubblica e privata e per risparmiare miliardi di dollari a livello mondiale superando le attuali limitazioni dei sistemi di protezione dei materiali esistenti.
Lo scopo della presente invenzione ? pertanto fornire un sistema di rivestimento con propriet? anticorrosione, barriera, antierosione e antiossidanti superiori e a lungo termine, con eccellenti propriet? meccaniche e che consenta una riduzione degli effetti di degassificazione dei polimeri.
Detto scopo ? conseguito per mezzo di un sistema di rivestimento secondo la rivendicazione 1 e di un substrato rivestito secondo la rivendicazione 7.
Il sistema di rivestimento secondo l'invenzione mostra propriet? anticorrosione superiori rispetto ai tradizionali rivestimenti anticorrosione. Per esempio, gli acciai strutturali (le qualit? tipiche sono S275 e S355, mentre altre sono S195, S235, S420 e S460) rivestiti con un sistema di rivestimento dell'ordine di spessore dei ?m dell'invenzione hanno tassi di corrosione (CR, Corrosion Rate) in soluzione acquosa di NaCl al 3% in peso di < 10<-5 >mmpy, che sono enormemente inferiori al CR di acciaio strutturale (dell'ordine di 0,1 mmpy) e ordini di grandezze inferiori rispetto a quelli dell'acciaio strutturale rivestito con rivestimento di resina epossidica anticorrosione prototipo (dell'ordine di 0,1 mmpy, a seconda della quantit? di Zn).
Queste propriet? anticorrosione di lunga durata non sono limitate, per esempio, dal consumo progressivo di Zn in rivestimenti catodici anticorrosione arricchiti con Zn o con altri materiali anodici sacrificali basati sui meccanismi di protezione catodici.
Il sistema di rivestimento secondo l'invenzione in aggiunta presenta propriet? barriera superiori contro gas (per esempio, quelli radicalici e vapore acqueo), liquidi (per esempio, acqua/umidit?) e ioni (per esempio, cloruri) rispetto ai tradizionali incapsulanti polimerici e metallici (per esempio, alluminio). Per esempio, il tasso di trasmissione di ossigeno (OTR, Oxygen Transmission Rate) (misurato a 25?C ad una umidit? relativa, RH, di ~0%) di sistemi di rivestimento dell'ordine di spessore dei ?m dell'invenzione ? persino minore di 10<-3 >cc/(m<2>?giorno), che ? significativamente inferiore all'OTR di laminati di polietilene/alluminio/polietilene con uno spessore simile (dell'ordine di 0,01 cc/(m<2>?giorno) ed enormemente inferiore rispetto agli OTR di incapsulanti polimerici prototipo (dell'ordine di 10<3 >cc/(m<2>?giorno) per film di etilen vinil acetato; dell'ordine di 10<2 >cc/(m<2>?giorno) per film di polivinil butirrale). Il tasso di trasmissione di vapore acqueo (WVTR, Water Vapour Transmission Rate) (misurato a 23?C e all'85% di RH) di un sistema di rivestimento dell'ordine di spessore dei ?m dell'invenzione ? persino minore di 10<-5 >g/(m<2>?giorno), che ? significativamente inferiore ai WVTR di laminati di polietilene/alluminio/polietilene con spessore simile (tra 10<-3 >e 10<-4 >g/(m<2>?giorno)) e incapsulanti prototipo (tra 10<2 >e 10<3 >g/(m<2>?giorno) per film di etilen vinil acetato; tra 10<1 >e 10<2 >g/(m<2>?giorno) per film di polivinil butirrale). Queste propriet? barriera di lunga durata sono migliorate rispetto ai tradizionali rivestimenti metallici e polimerici, i cui prodotti ossidati sono volatili senza determinare effetti auto-rigeneranti come quelli che si verificano per il sistema di rivestimento dell'invenzione.
Inoltre, il sistema di rivestimento secondo l'invenzione mostra una riduzione degli effetti di degassificazione dei polimeri in presenza di vuoto o durante cicli termici ad ampio intervallo di temperature rispetto ai tradizionali rivestimenti polimerici, quali i rivestimenti a base di silicone che vengono regolarmente utilizzati per proteggere plastiche sensibili all'ossigeno atomico in applicazioni spaziali.
Il sistema di rivestimento secondo l'invenzione mostra multifunzionalit?, incluse propriet? anticorrosione/antierosione/antiossidanti, elevata conduttivit? termica, elevata resistenza dielettrica, propriet? meccaniche ottimali (per esempio resistenza a trazione/compressione, resistenza all'abrasione, resistenza all'usura), che sono tipicamente non espresse dai tradizionali rivestimenti a singola funzione (per esempio, rivestimenti anticorrosione, rivestimenti anti-erosione indotta da ossigeno atomico, rivestimenti ad elevata resistenza dielettrica e rivestimenti termoconduttivi). Per esempio, le propriet? antiossidanti dei materiali che compongono lo strato B, quale h-BN, possono ridurre l'ossidazione indotta da illuminazione UV/ossigeno atomico e radicalico del polimero che compone lo strato B di pi? del 30%.
Il sistema di rivestimento secondo l'invenzione mostra anche elevata versatilit? di applicazione, dato che ? applicabile su strati sia metallici sia polimerici, che possono avere anche una forma complessa ed essere o rigidi o flessibili. In aggiunta, il sistema di rivestimento pu? anche essere applicato su tradizionali rivestimenti protettivi, integrando altre funzionalit? protettive e aumentando ulteriormente le prestazioni di protezione dei rivestimenti stessi.
In aggiunta, il sistema di rivestimento dell'invenzione pu? funzionare in un'ampia gamma di temperatura, per esempio la temperatura minima dipende dalla fragilit? del sistema di rivestimento desiderata e la temperatura massima ? superiore a 150?C (in alcune forme di realizzazione persino superiore a 400?C), grazie all'elevata termostabilit? degli strati A e alle propriet? termostabilizzanti delle scaglie 2D che compongono gli strati B.
Il sistema di rivestimento dell'invenzione mostra eccellenti propriet? meccaniche, quali elevata resistenza a trazione dello strato A nella direzione parallela allo strato A stesso (per esempio, superiore a 100 MPa per grafite pirolitica); protezione meccanica contro sollecitazione da compressione fornita dall'elasticit? e dalla deformabilit? dello strato B. Aspetto degno di nota, le scaglie 2D nello strato B possono migliorare le propriet? meccaniche (per esempio, resistenza a trazione/compressione, resistenza all'abrasione, resistenza a usura) dei polimeri dello strato B grazie al loro elevato modulo di Young (per esempio, > 0,8 TPa per scaglie di h-BN a singolo strato), elevata resistenza a frattura (per esempio, > 70 GPa per scaglie di h-BN a singolo strato) e propriet? lubrificanti.
Il sistema di rivestimento dell'invenzione mostra elevata resistenza dielettrica, per via dell'elevata resistenza dielettrica delle scaglie 2D degli strati B, per esempio, superiore a 1 MV/cm per il caso di scaglie di h-BN a singolo strato/a pochi strati/multistrato.
Il sistema di rivestimento dell'invenzione mostra anche elevata termoconduttivit?, per via dei materiali termoconduttivi dello strato A (per esempio, materiali grafitici e a base di nitruro di boro), e anche le scaglie 2D dello strato B (per esempio: scaglie di h-BN a singolo strato con una termoconduttivit? superiore a 700 W/(mK); scaglie di h-BN a pochi strati/multistrato con una termoconduttivit? superiore a 100 W/(mK).
Il sistema di rivestimento dell'invenzione mostra anche sicurezza e affidabilit? elevate, grazie alle propriet? ritardanti di fiamma delle scaglie 2D degli strati B, e anche alla barriera all'ossigeno espressa dallo strato A (OTR misurata a 25?C ad una umidit? relativa di ~0% dello strato A dell'ordine di spessore dei ?m minore di 10<-3 >cc/(m<2>?giorno)).
Infine, il sistema di rivestimento dell'invenzione pu? essere assemblato e applicato facilmente utilizzando processi di laminazione (con ausilio di pressione), processi di termo-deposizione, processi di unione basati su un riscaldamento a induzione elettrico o magnetico, processi di deposizione in fase liquida per strati B (per esempio, applicazione con racla, serigrafia, stampa flessografica, rotocalcografia e rivestimento a spruzzo), incluse le loro forme rullo su rullo o foglio su foglio.
Secondo un primo aspetto della presente invenzione il sistema di rivestimento per proteggere un substrato comprende almeno uno strato A e almeno uno strato B.
Le propriet? meccaniche, termiche, chimiche, elettriche e di barriera a ioni/gas dello strato A e dello strato B determinano in modo sinergico le propriet? dell'intero sistema di rivestimento.
Strato A
Lo strato A ? costituito da un materiale selezionato dal gruppo costituito da grafite pirolitica, nitruro di boro pirolitico, grafite espansa compressa, nitruro di boro turbostratico pressato a caldo, scaglie di grafene compresse, scaglie di nitruro di boro esagonale compresse, scaglie di ossido di grafene grafitizzato o una loro combinazione.
La grafite pirolitica utilizzata per lo strato A pu? essere una forma di grafite sintetica caratterizzata da un basso angolo di distribuzione a mosaico (tipicamente ? 10?), il che significa che i singoli cristalliti di grafite sono pressoch? allineati tra loro. Alcuni legami covalenti compaiono tra i fogli di grafene che compongono i cristalliti di grafite. La grafite pirolitica ? ottenuta mediante il termotrattamento di grafitizzazione di carbonio pirolitico, e anche mediante pirolisi in fase gassosa (ovvero, cracking termico di idrocarburi) seguito da deposizione di carbonio (ovvero, deposizione chimica da fase vapore) ad una temperatura superiore a 2500?C.
La preparazione pratica di film di grafite pirolitica di grande area attraverso il "metodo in fase solida" consiste nel termotrattamento ad alta temperatura di film polimerici specializzati, per esempio la pirolisi di film di poliimmide disponibile in commercio denominato "Kapton" seguito da grafitizzazione. La distribuzione a mosaico finale dipende dal precursore carbonio, dalla temperatura e dalle sollecitazioni meccaniche (compressione e trazione) applicate durante il processo di grafitizzazione. La distribuzione a mosaico finale determina la qualit? della grafite pirolitica, classificata in grafite pirolitica (termicamente) ricotta (APG, Annealed Pyrolytic Graphite) (la tipica distribuzione a mosaico variando da 5? a 10?) o grafite pirolitica altamente orientata (HOPG, Highly Oriented Pyrolytic Graphite) (distribuzione a mosaico tipica < 2?). I metodi di ricristallizzazione da sollecitazione e i substrati di grafene o grafite pirolitica di alta qualit? (per esempio, HOPG) o nitruro di boro pirolitico esagonale possono essere utilizzati per migliorare i processi di grafitizzazione per fornire grafite altamente orientata.
Il nitruro di boro pirolitico, anche denominato nitruro di boro depositato chimicamente da fase vapore o grafite bianca, ? una forma anisotropa laminare densa di h-BN, in cui i cristalliti esagonali sono allineati con i loro assi c preferibilmente perpendicolari al substrato.
Esso pu? essere prodotto seguendo le procedure descritte nel brevetto no. US3152006.
In breve, i vapori di processo di ammoniaca e un alogenuro di boro gassoso (per esempio, tricloruro di boro) vengono scomposti e fatti interagire all'interno dell'intervallo di temperatura tra 1450 e 2300?C e ad una pressione inferiore a 50 Torr. Il nitruro di boro puro sublima in un'atmosfera di azoto a temperature che variano da 2330?C a 3000?C, rispetto a 3700?C per la grafite.
Analogamente alla grafite pirolitica, la ricottura per compressione causa la ricristallizzazione del nitruro di boro pirolitico in una struttura altamente orientata, che ? l'analogo isolante della HOPG. Il nitruro di boro pirolitico altamente orientato auto-portante ? prodotto depositando il nitruro di boro pirolitico su substrati che vengono successivamente rimossi mediante termoossidazione sotto forma di gas (come per il caso di grafite, come descritto nel brevetto US no. US4402925A) o mediante attacco chimico (come per il caso di substrati a base di metallo).
La grafite espansa compressa ? formata utilizzando grafite trattata con acido di selezione, che viene successivamente compressa dopo essere stata sottoposta ad espansione ad alta temperatura.
Il nitruro di boro turbostratico pressato a caldo (talvolta indicato come scaglie di nitruro di boro esagonale (h-BN) ossidate trasformate termicamente) ? un materiale a densit? quasi completa prodotto mediante pressatura a caldo di nitruro di boro turbostratico, submicronico in presenza di una fase legante ad una temperatura che si avvicina ai 2000?C e ha una pressione superiore a 10 MPa.
Dopo che la fase legante ? eliminata per lisciviazione dal prodotto, ? possibile ottenere di nitruro di boro pressato caldo a elevata purezza. Tuttavia, ? impegnativo dal punto di vista tecnologico ottenere film sottili (< 100 ?m) con elevata resistenza a flessione comparabili a lamine di grafite (pirolitica).
Le scaglie di grafene compresse e le scaglie di h-BN compresse possono essere prodotte comprimendo grafene tridimensionale (3D) e h-BN 3D, rispettivamente, prodotti attraverso deposizione chimica da fase vapore su una sagoma di metallo (per esempio, nichel), che viene quindi rimossa attraverso attacco chimico.
In alternativa, film di scaglie di grafene o h-BN esfoliate depositate sullo strato B possono essere pressate (preferibilmente a pi? di 100 bar) per ottenere strutture compatte che assomigliano a quelle pirolitiche (scaglie preferibilmente orientate con i loro piani paralleli al substrato). Le scaglie di grafene e h-BN sono prodotte mediante metodi di esfoliazione in fase liquida, quale esfoliazione a macinazione a getto ad umido descritta nel brevetto no. WO2017089987A1. Un legante polimerico con un contenuto < 10% pu? essere addizionato alle scaglie esfoliate per migliorare l?adesione tra le stesse. In questo caso, si utilizza un successivo trattamento termico per rimuovere il legante polimerico o carbonizzarlo. La temperatura del trattamento termico dipendeva dalla temperatura di decomposizione o carbonizzazione del legante polimerico, e anche dalle condizioni ambientali (per esempio, aria o atmosfera inerte). La deposizione delle scaglie di grafene e h-BN viene eseguita utilizzando tecniche di stampa, per esempio, rivestimento a spruzzo, applicazione con racla, serigrafia, stampa flessografica e rotocalcografia. In alternativa, i fogli di grafene e h-BN auto-portanti, come quelli ottenuti attraverso filtrazione a vuoto delle dispersioni delle corrispondenti scaglie, possono essere pressati una volta trasferiti sullo strato B.
Le scaglie di ossido di grafene gratifizzate sono utilizzate per produrre lamine grafitiche densamente impaccate simili a grafite (denominate anche lamine grafeniche) preparate mediante trasformazione termica di film di scaglie di ossido di grafene.
Pi? in dettaglio, le lamine di ossido di grafene vengono prodotte mediante decomposizione termica con l'ausilio di pressione di film di ossido di grafene seguita da pressatura a caldo ad alta temperatura (centinaia o migliaia di ?C, per esempio 2000?C). I film pressati vengono successivamente riscaldati ad una temperatura superiore a 2000?C (per esempio, 2750?C) per portare alla loro grafitizzazione.
Preferibilmente, si utilizza un foglio di grafite pirolitica.
Lo strato A determina l'elevata impermeabilit? ai gas (per esempio, quelli radicalici e vapore acqueo), liquidi (per esempio, acqua/umidit?) e ioni (per esempio, cloruri). Lo strato A resiste ad alte temperature (> 150?C) preservando le sue propriet? di protezione contro agenti corrosivi/erosivi/ossidanti. Lo strato A fornisce un rinforzo meccanico del sistema di rivestimento nella direzione parallela allo strato stesso.
In alcune delle forme di realizzazione, il materiale dello strato A reagisce con agenti corrosivi/erosivi/ossidanti per formare specie non volatili che forniscono una riparazione strutturale (effetto di auto-rigenerazione) degli strati stessi, che mantiene o anche migliora le loro propriet? di protezione.
Strato B
Lo strato B ? costituito da un composito comprendente una matrice polimerica e scaglie 2D.
La matrice polimerica ? realizzata con un polimero selezionato dal gruppo costituito da resine epossidiche, polimeri acrilici, polimeri organosiliconici polimerici, poliuretani, poliisobutileni, polimeri vinilici, polivinili, ionomeri, poliarileterchetoni, polifenilsolfoni, poliammidi, poliimmidi, acrilonitrile butadiene stirene, poliesteri, policarbonati, polichetoni, poliossimetilene, polifenilen solfuro, polieteri (per esempio, ossido di polifenilene), polisolfoni, poli(pfenilene), fluoropolimeri, (per esempio, politetrafluoroetilene, poliviniliden fluoruro, fluoroetilen vinil etere, FEVE), poli(metilmetacrilato), poli(etilenvinil acetato) e acrilonitrile-butadiene-stirene. Preferibilmente, si utilizzano polivinil butirrale, poliisobutilene, polieter eter chetone, politetrafluoroetilene, polifenilsolfoni ed etil vinil acetato.
In alcune forme di realizzazione, si utilizzano polivinil butirrale e poliisobutene per via delle loro eccellenti propriet? barriera contro ossigeno e acqua, e anche ioni (per esempio, cloruri) e altri gas.
In alcune forme di realizzazione, si utilizzano polifenilsolfoni, polieter eter chetone e politetrafluoroetilene per via delle loro eccellenti propriet? di resistenza meccanica e chimica che sono mantenute ad alte temperature (> 200?C). I polifenilsolfoni e il politetrafluoroetilene mostrano elevate resistenze dielettriche (> 500 kV/cm), consentendo allo strato B di resistere ad un elevato campo elettrico.
Le scaglie 2D sono realizzate con un materiale selezionato dal gruppo costituito da grafene, ossidi di grafene, ossido di grafene ridotto, grafene drogato con eteroatomo, (incluso grafene drogato con boro, con azoto, con fosforo, con zolfo, con fluoro, grafene mono-binario, grafene ternario-drogato), nitruro di boro esagonale (h-BN), calcogenuri di metalli (per esempio, dicalcogenuri di metalli, monocalcogenuri di metalli, tricalcogenuri di metalli), ossidi di metalli, alogenuri di calcogenuro di metalli, alogenuri di metalli, fosfotricalcogenuri, MXeni, carburi di metalli, nitruri di metalli, idrossidi stratificati, siliciuri di metalli alcalino-terrosi, bromuri di metalli alcalino-terrosi, germaniuri di metalli alcalino-terrosi e stannuri di metalli alcalino-terrosi, perovskiti stratificate, materiali 2D elementari oltre il grafene quali fosforene, silicene, antimonene, germanene, boronene, stanene e bismutene) e loro combinazioni. Preferibilmente si utilizzano scaglie di h-BN o scaglie di grafene.
Le scaglie 2D possono essere scaglie di materiali stratificati o scaglie di materiali non stratificati prodotte dalla trasformazione di scaglie di materiali stratificati (per esempio, metodi di trasformazione topochimica), metodi sintetici (ovvero, sintesi chimica a umido quali sintesi a energia superficiale controllata (crescita orientata all'attacco), sintesi orientata da una maschera, sintesi a spazio confinato, sintesi colloidale o altri metodi solvotermici, esfoliazione in fase liquida, (quale esfoliazione con ausilio di intermedio lamellare) o metodi chimici a secco (per esempio, deposizione chimica da fase vapore, epitassi di van del Waals).
Le scaglie 2D includono scaglie a singolo strato, e anche scaglie a pochi strati (ovvero, ? 5) e scaglie a pi? strati (ovvero, > 5 e < 30). Dette scaglie hanno un rapporto di aspetto (ovvero, rapporto tra superficie spessore) uguale o superiore a 10. Una volta integrate nella matrice polimerica, fungono da barriere fisiche e/o chimiche contro gas (inclusi quelli radicalici), ioni e liquidi (inclusa l'umidit?).
Le scaglie 2D regolano la cristallizzazione della matrice polimerica utilizzata per formulare lo strato B. Per esempio, tipicamente quando presenti in una quantit? uguale o inferiore al 5% in peso del peso totale dello strato B, le scaglie di grafene e h-BN possono incrementare la densit? (ovvero, la compattezza) dello strato B, riducendo cos? la permeabilit? dello strato B a gas, ioni e liquidi. Inoltre, le scaglie 2D rappresentano una barriera alla propagazione di fessure all'interno delle matrici polimeriche. Detti effetti migliorano le propriet? anticorrosione/antierosione/antiossidazione dello strato B, riducendo corrosione/erosione/ossidazione o dello strato A o del substrato da proteggere.
In alcune forme di realizzazione, le scaglie 2D, quali h-BN, si ossidano per ridurre il danno indotto da ossidazione della matrice polimerica (per esempio, ossidazione polimerica, foto-ossidazione polimerica, erosione polimerica indotta da ossigeno atomico) fungendo da scavenger di ossigeno atomico.
In alcune forme di realizzazione, le scaglie 2D assorbono luce UV, proteggendo la matrice polimerica mediante la luce UV, fungendo cos? da stabilizzatori agli UV.
In alcune forme di realizzazione, le scaglie 2D migliorano le propriet? meccaniche (per esempio, resistenza a trazione/compressione, modulo di Young, resistenza a usura, resistenza all'abrasione) del polimero. In particolare, le scaglie 2D che ossidano in specie non volatili vengono utilizzate per fornire una riparazione strutturale della matrice polimerica riempiendo i vuoti prodotti dagli effetti di corrosione e densificando/compattando lo strato B quando il polimero viene corroso (effetto di auto-rigenerazione).
In alcune forme di realizzazione, le scaglie 2D aumentano la resistenza dielettrica della matrice polimerica dello strato B grazie alla loro elevata resistenza dielettrica (per esempio, > 1 MV/cm per il caso di scaglie di h-BN a singolo strato/a pochi strati/a pi? strati).
In alcune forme di realizzazione, le scaglie 2D aumentano la termoconduttivit? della matrice polimerica dello strato B grazie alla loro elevata termoconduttivit? (per esempio, > 700 W/(mK) per scaglie di h-BN a singolo strato, > 100 W/(mK) per scaglie di h-BN a pochi strati/a pi? strati).
In alcune forme di realizzazione, le scaglie 2D migliorano le propriet? meccaniche (per esempio, resistenza a trazione/compressione, resistenza all'abrasione, resistenza a usura) della matrice polimerica dello strato B grazie al loro elevato modulo di Young (per esempio, > 0,8 TPa per scaglie di h-BN a singolo strato), elevata resistenza a frattura (per esempio, > 70 GPa per scaglie di h-BN a singolo strato) e le propriet? lubrificanti.
In alcune forme di realizzazione, le scaglie 2D fungono da ritardanti di fiamma. Per esempio, alcune scaglie 2D sono stabili ad alta temperatura (per esempio, le scaglie di h-BN sono stabili fino a 1100?C in aria, ben al di sopra della termostabilit? della matrice polimerica) e la loro forma 2D fornisce una maschera a base di scaglie per carbonizzazione, favorendo la formazione di strati carbonizzati densi multipli e sovrapposti. Questi ultimi fungono da barriere fisiche per ritardare la degassificazione dei prodotti di pirolisi, riducendo il trasferimento di calore dalla sorgente di calore, la diffusione di ossigeno e il gocciolamento di polimero.
Inoltre, grazie alla loro grande area superficiale specifica (per esempio, > 2630 m<2>/g per grafene a singolo strato, ~1900 m<2>/g per monostrati di h-BN pirolizzati), essi assorbono efficientemente le sostanze volatili organiche infiammabili (per esempio, vapore di iodio per il caso di scaglie di h-BN), il cui rilascio e la cui diffusione sono impediti anche durante i processi di combustione. In alcune forme di realizzazione, l'elevata termoconduttivit? nel piano delle scaglie 2D (per esempio, > 700 W/(mK) per scaglie di h-BN a singolo strato, > 100 W/(mK) per scaglie di h-BN a pochi strati/a pi? strati, > 3000 W/(mK) per grafene a singolo strato) migliora la termoconduttivit? della matrice polimerica utilizzata nello strato B, agendo da termostabilizzatore.
In alcune forme di realizzazione, le scaglie 2D elettricamente conduttive che sono pi? reattive (ovvero anodiche) rispetto ai materiali conduttivi utilizzati nello strato A (per esempio, materiali grafitici) o nel substrato da proteggere, vengono utilizzate nello strato B per fornire protezione catodica dello strato A o del substrato da proteggere, rispettivamente.
In alcune forme di realizzazione, le scaglie 2D sono scaglie di h-BN, dato che hanno una impermeabilit? ottimale agli agenti corrosivi/erosivi/ossidanti. In aggiunta, le scaglie di h-BN hanno una resistenza all?ossidazione ad alta temperatura (fino a 1100?C in aria, ben al di sopra della stabilit? termica della matrice polimerica). In aggiunta, le scaglie di h-BN si ossidano in ossidi di boro (per esempio, triossidi di boro, B2O3). Questi ultimi forniscono l'effetto di auto-rigenerazione formando una barriera contro gli agenti corrosivi/erosivi/ossidanti, fungendo da assorbitori di UV e da materiale resistente contro gli effetti di corrosione/erosione indotti dall'ossigeno atomico.
In alcune forme di realizzazione, le scaglie 2D dello strato B reagiscono con agenti corrosivi/erosivi/ossidanti per formare specie non volatili che forniscono una riparazione strutturale (effetto di auto-rigenerazione) dello strato stesso, riempiendo il vuoto generato dagli effetti di corrosione/erosione, mantenendo cos? o anche migliorando le propriet? di protezione iniziali del sistema di rivestimento. Lo strato B fornisce adesione ottimale a substrati, che possono consistere nello strato A o nel substrato da proteggere.
Lo strato B determina le propriet? meccaniche del sistema di rivestimento, proteggendo lo strato A da sollecitazioni meccaniche, in particolare sollecitazioni da compressione perpendicolari agli strati stessi. L'elasticit? dello strato B consente al sistema di rivestimento di presentare una resistenza a trazione determinata dallo strato A. Lo strato B introduce un?ulteriore barriera protettiva contro gli agenti corrosivi/erosivi/ossidanti, inclusi gas (per esempio, quelli radicalici e vapore acqueo), liquidi (per esempio, acqua/umidit?) e ioni (per esempio, cloruri).
In alcune forme di realizzazione, lo strato B resiste ad elevata temperatura (> 150?C), portando ad un sistema di rivestimento in grado di funzionare a elevate temperature (> 150?C, in alcune forme di realizzazione > 400?C, a seconda della temperatura di decomposizione dei polimeri utilizzati nello strato B, per esempio, > 280?C per polieter eter chetone, PEEK, > 350?C per politetrafluoroetilene e policarbonato, > 400?C per polidimetilsilossano; aspetto degno di nota, la temperatura di decomposizione e le prestazioni di PS possono variare a seconda delle circostanze ambientali).
Secondo una forma di realizzazione dell'invenzione, il rapporto tra la massa delle scaglie 2D e la massa della matrice polimerica nello strato B ? tra 0,01:99,99 e 50:50. Preferibilmente, questo rapporto ? tra 1:99 e 30:70, pi? preferibilmente tra 1,5:98,5 e 10:90, ancora pi? preferibilmente tra 5:95 e 20:80.
Secondo una forma di realizzazione dell'invenzione, lo strato B pu? in aggiunta comprendere almeno un additivo selezionato dal gruppo costituito da plastificanti, antiplastificanti e stabilizzanti.
I plastificanti sono composti oleosi ma non volatili che migliorano la morbidezza e la flessibilit? della matrice polimerica, aumentando la plasticit?, diminuendo la viscosit? o diminuendo l'attrito durante la manipolazione nel corso della fabbricazione. Plastificanti adatti possono essere esteri dicarbossilici/tricarbossilici, adipati, sebacati, maleati, trimellitati, azelati, benzoati, solfonammidi, organofosfati, glicoli, polieteri e esteri di ftalato.
Gli anti-plastificanti hanno funzionalit? opposte. Anti-plastificanti adatti possono essere tricresil fosfato, butilftalide e pentaclorobifenile.
Gli stabilizzatori possono essere antiossidanti (per esempio, antiossidanti primari e secondari), anti-ozonanti, fotostabilizzatori (per esempio, assorbitori di UV, agenti di spegnimento di stati eccitati e fotostabilizzatori di ammina ostacolata), scavenger di acidi, deattivatori di metallo, termostabilizzanti, ritardanti di fiamma e biocidi. Un esempio di stabilizzatore ? benzotriazolo.
Produzione del sistema di rivestimento dell'invenzione Per produrre lo strato B, ? possibile utilizzare o metodi di miscelazione del fuso o metodi a umido, e anche la loro combinazione, come descritto qui di seguito.
I metodi di miscelazione del fuso possono essere selezionati tra estrusione (inclusa estrusione in film), stampaggio a iniezione, colata e altri processi di formazione e termo-pressatura, termoformatura. Essi consentono la produzione dello strato B sotto forma di lamine o fogli, controllando lo spessore dello strato B, partendo da polveri/granuli di sostanza, ottenendo cos? uno strato B auto-portante. Le parti del macchinario (per esempio, dalla lunghezza al diametro della vite, il tipo di vite, la trafila di estrusore, il dispositivo di trazione ddel film) e anche i parametri utilizzati per i processi di miscelazione del fuso sono selezionati di conseguenza. Lo spessore dello strato B determina la flessibilit? o la rigidit? dello strato B, a seconda del modulo di flessione dei suoi componenti.
Lo strato B pu? essere prodotto con forma non planare, preferibilmente forme curve, che pu? essere quindi accoppiato allo stato A non piegato.
Il rivestimento per estrusione pu? essere utilizzato per applicare lo strato B direttamente sullo stato A o sul substrato da proteggere.
Un ambiente ad atmosfera controllata (per esempio, atmosfere ad alto vuoto, ad azoto o argon inerte) ? utilizzato opzionalmente per evitare la degradazione termica/chimica dei componenti dello strato B e/o per evitare la formazione di difetti strutturali nella forma e nello spessore finali dello strato B.
In alcune forme di realizzazione, lo strato B autoportante ? laminato sullo strato A o sul substrato da proteggere utilizzando processi di laminazione.
In alternativa, lo strato B auto-portante viene depositato sullo strato A o sul substrato da proteggere mediante processi di termodeposizione, in cui lo strato B viene riscaldato al di sopra della sua temperatura di fusione seguito da un raffreddamento fino ad una temperatura al di sotto della sua temperatura di fusione (preferibilmente al di sotto della temperatura vetrosa), determinando un suo fissaggio allo strato sottostante durante la sua solidificazione. Durante la deposizione dello strato B pu? essere applicata pressione.
In alternativa ai processi di laminazione e termodeposizione, lo strato B pu? essere applicato su substrati conduttivi (incluse alcune forme dello strato A e alcune forme del substrato da proteggere) attraverso processi di unione basati su riscaldamento a induzione elettrico o magnetico. Il riscaldamento elettrico applica tensioni in CA o CC o a impulsi tra parti separate del substrato conduttivo per forzare una corrente elettrica. Il passaggio della corrente elettrica attraverso il substrato elettroconduttivo (ovvero, il conduttore) causa il riscaldamento ohmico (o riscaldamento resistivo) tra le parti del conduttore. Detto riscaldamento ? comunemente noto come riscaldamento di Joule per via della sua relazione con la regge di Ohm. La potenza di riscaldamento (P) ? espressa dalla seguente equazione: P = I?R<2>, in cui I consiste nel flusso di corrente attraverso il conduttore e R ? la resistenza del conduttore. Il riscaldamento a induzione ? il processo di riscaldamento di un substrato elettroconduttivo (ovvero, il conduttore) mediante induzione elettromagnetica. Un riscaldatore a induzione ? basato su un elettromagnete e un oscillatore elettronico. Quest'ultimo fa passare una corrente in CA ad alta frequenza attraverso l'elettromagnete, inducendo e alternando il campo magnetico. Il campo magnetico alternato penetra nel conduttore, generando correnti parassite all'interno del conduttore. Le correnti parassite scorrono attraverso la resistenza del conduttore, che ? riscaldata mediante riscaldamento Joule. Nei conduttori ferromagnetici (e anti-ferromagnetici e ferrimagnetici) (per esempio, ferro, che ? un esempio di materiale da proteggere), il calore pu? anche essere generato mediante perdite di isteresi magnetica. Come descritto nella tecnica anteriore, la frequenza della corrente utilizzata per il riscaldamento a induzione dipende dalla dimensione dell'oggetto, dal tipo di materiale, dall'accoppiamento tra la bobina di lavoro e l'oggetto da riscaldare e dalla profondit? di penetrazione.
In alcune forme di realizzazione, l'applicazione dello strato B auto-portante sul substrato pu? essere implementata in catene di fabbricazione rullo su rullo e foglio su foglio.
In alcune forme di realizzazione, i materiali estrusi vengono tritati sotto forma di polvere e applicati sul substrato mediante rivestimento a spruzzo per mezzo di spruzzatori elettrostatici (la carica elettrostatica pu? essere impartita alla polvere con tensione, chiamata carica a effetto corona o mediante contatto per attrito con la parte interna della canna della pistola di spruzzatura, chiamata carica tribo). Dopo la spruzzatura, pu? essere applicato il processo di sinterizzazione ad vuoto spinto. ? possibile utilizzare agenti riducenti per creare chimicamente il rivestimento polimerico. Prima della spruzzatura, la superficie da rivestire pu? essere trattata mediante sabbiatura per promuovere l'adesione del polimero attraverso interbloccaggio meccanico.
I metodi a umido sono processi di compoundizzazione in fase liquida seguiti da processi di deposizione in fase liquida. In detti processi, la matrice polimerica e le scaglie 2D vengono addizionate ad un solvente o a una miscela di solventi. I solventi adatti sono quelli in grado di dissolvere/disperdere la matrice polimerica, presentando preferibilmente energia superficiale simile a quella delle scaglie 2D. Il solvente pu? essere protico o aprotico, polare o apolare, a seconda delle altre sostanze presenti nella miscela. Il solvente pu? essere uno o una combinazione dei seguenti solventi: chetoni (per esempio, acetone, metil etil chetone, esanone, cicloesanone), solventi aromatici (per esempio, toluene, xilene, benzonitrile, clorobenzene), glicol eteri (per esempio, polietilen glicole, polipropilen glicole, propilen glicol butil etere, dietilen glicol butil etere, propilen glicol polietere, eccetera), esteri (per esempio, etil acetato, butil acetato, etilen glicol butil eter acetato e dietilen glicol butil eter acetato), spiriti minerali, alcoli (metanolo, etanolo, terpineolo, 1-propanolo, 2-propanolo, 1-butanolo, etilen glicole, propilen glicole), idrocarburi (per esempio, n-esano, nafta), terpeni, oli, acetonitrile, N-metil-2-pirrolidone, N,N-dimetilformammide, cloroformio, 1,3-diossolano, tetraidrofurano, acidi carbossilici (per esempio, acido acetico) e acqua.
In alcune forme di realizzazione, la matrice polimerica viene addizionata e dissolta o sospesa (pu? essere applicata anche la pre-fusione del polimero) nel solvente prima dell'addizione delle scaglie 2D. In alcune forme di realizzazione, i polimeri sono in fase liquida (per esempio, resine epossidiche e polioli) e pu? non essere necessaria l'addizione di solventi. La miscela risultante viene omogeneizzata utilizzando agitatori e/o miscelatori e/o omogeneizzatori, possibilmente riscaldando la miscela al di sotto della temperatura di decomposizione delle sue sostanze per facilitare le dissoluzioni delle sostanze. Un ambiente ad atmosfera controllata (per esempio, atmosfera di azoto o argon inerte) pu? essere utilizzato per evitare la degradazione termica/chimica delle sostanze che compongono la miscela. La quantit? del solvente ? definita dalla viscosit? desiderata della miscela risultante, che pu? pertanto essere depositata sullo strato A o sul substrato da proteggere attraverso metodi di deposizione in fase liquida. Detti metodi di deposizione possono essere metodi di applicazione e stampa, per esempio applicazione con racla, serigrafia, stampa flessografica, rotocalcografia, rivestimento a spruzzo, colata e rivestimento per immersione. Una volta fatto evaporare il solvente, si ottiene lo strato B.
I metodi misti di miscelazione del fuso-a umido sono processi che sono basati su processi sia di miscelazione del fuso sia a umido. In questo caso, il solvente nella miscela prodotta durante la compoundizzazione in fase liquida dello strato B viene rimosso attraverso processi di evaporazione e/o filtrazione per ottenere un composito omogeneo voluminoso costituito dai componenti dello strato B. Successivamente, il composito voluminoso risultante viene trasformato sotto forma di polvere/granuli attraverso processi di fabbricazione in polvere/granuli. La polvere/i granuli risultanti vengono utilizzati per produrre lo strato B tramite processi del metodo di miscelazione del fuso.
Struttura del sistema di rivestimento dell'invenzione Il sistema di rivestimento dell'invenzione pu? comprendere pi? di uno strato A e uno strato B per formare una struttura a pi? strati, in cui gli strati A e gli strati B sono alternati.
Esso pu? essere utilizzato per produrre un substrato rivestito. Il substrato pu? essere costituito sia da materiali inorganici (inclusi metallo, semiconduttori e isolatori) sia da materiali organici (per esempio, polimeri, inclusi i polimeri termoindurenti e termoplastici) che operano in ambienti chimicamente corrosivi/erosivi/ossidanti. Preferibilmente, ? un substrato metallico o un substrato polimerico.
Quando applicato sul substrato, uno strato B del sistema di rivestimento ? rivolto verso il substrato.
Inoltre, nel substrato rivestito, lo strato esterno ? preferibilmente uno strato B, che determina le propriet? meccaniche del sistema di rivestimento.
Ulteriori caratteristiche della presente invenzione risulteranno chiare dalla seguente descrizione di alcuni esempi puramente illustrativi e non limitativi.
La presente invenzione verr? descritta in dettaglio in riferimento alle figure nei disegni allegati, che mostrano esempi puramente illustrativi e non esaustivi in cui:
- la figura 1 illustra curve voltammetriche a scansione di polarizzazione di acciaio nudo, acciaio rivestito con strato B, acciaio rivestito con resina epossidica, acciaio rivestito con sistema di rivestimento a due strati e a tre strati. Gli strati A del sistema di rivestimento sono un foglio di grafite pirolitica (spessore = 30 ?m). Gli strati B del sistema di rivestimento sono compositi di scaglie di h-BN (5% in peso) e polivinil butirrale (95% in peso).
- La figura 2 illustra curve voltammetriche a scansione di polarizzazione di acciaio nudo, acciaio rivestito con strato B, acciaio rivestito con resina epossidica, acciaio rivestito con sistema di rivestimento a due strati e a tre strati. Gli strati A del sistema di rivestimento sono un foglio di grafite pirolitica (spessore = 30 ?m). Gli strati B del sistema di rivestimento sono compositi di scaglie di h-BN (5% in peso) e poliisobutilene (95% in peso).
- La figura 3 illustra a) spettri di riflettanza di un film costituito da poliisobutilene puro e un film costituito da un composito di scaglie di h-BN (5% in peso) e poliisobutilene (95% in peso), prima e dopo trattamento al plasma di O2. b) Spettri di assorbimento di una pellicola costituita da poliisobutilene puro e un film costituito da un composito di scaglie di h-BN (5% in peso) e poliisobutilene (95% in peso), prima e dopo trattamento al plasma di O2.
- La figura 4 illustra fotografie ottiche del lato posteriore di un sistema di rivestimento a tre strati e di un foglio di grafite pirolitica dopo test di urto. Il sistema di rivestimento a tre strati era costituito da uno strato A di grafite pirolitica e uno strato B costituito da scaglie di h-BN (5% in peso) e poliisobutilene (95% in peso), come descritto nell'esempio 4.
ESEMPIO 1
Produzione del sistema di rivestimento secondo l'invenzione avente due o tre strati
Lo strato A ? un foglio di grafite pirolitica spesso 25 ?m (PGS, Panasonic).
In alternativa, lo strato A ? formato mediante compressione ad alta pressione (100 bar) di polvere di scaglie di nitruro di boro esagonale (h-BN) o scaglie di grafene, prodotto tramite il metodo di esfoliazione a macinazione a getto a umido. Questo metodo ? descritto in WO2017089987A1 ( Exfoliation of layered materials by wet-jet milling techniques).
Lo strato B ? costituito da un composito di scaglie di h-BN (5% in peso del peso totale dello strato B) e polimero (95% in peso del peso totale dello strato B), in cui le scaglie di h-BN sono state prodotte attraverso esfoliazione a macinazione a getto a umido di cristalli di h-BN voluminosi, mentre il componente polimerico ? polivinil butirrale o poliisobutilene o polifenilsolfone. Sono stati utilizzati anche altri rapporti in peso h-BN:polimero, ovvero 1:99, 10:9 e 20:80. Le scaglie di grafene, prodotte tramite il metodo di macinazione a getto a umido, sono state anche utilizzate come scaglie 2D in alternativa alle scaglie di h-BN per lo strato B a base di polifenilsolfone, utilizzando il 5% in peso di scaglie di grafene.
Per produrre lo strato B, polivinil butirrale (polvere, analogo di Butvar? B-98) e polifenilsolfone (beads) sono stati acquistati in polvere dalla Sigma Aldrich. Poliisobutilene (Oppanol N80, 800.000 MW) ? stato fornito dalla BASF. Tutti i polimeri sono stati utilizzati cos? come ricevuti senza alcuna ulteriore purificazione. Le scaglie di h-BN comprendono scaglie con una dimensione laterale tra 50 e 500 nm e uno spessore tra 0,3 e 10 nm.
Le scaglie di h-BN e i polimeri sono stati addizionati al solvente (3 ml di solvente per 1 g di contenuto solido), che era uno dei seguenti: N,N-dimetilformammide (reagente ACS, ? 99,0%, Sigma Aldrich) o N-metil-2-pirrolidone (reagente ACS, ? 99,0%, Sigma Aldrich) per polivinil butirrale; tetraidrofurano (? 99,9%, Sigma Aldrich), clorobenzene (reagente ACS, ? 99,5%, Sigma Aldrich), tetracloruro di carbonio (qualit? reagente, 99,9%, Sigma Aldrich), disolfuro di carbonio (ACS, 99,9+%, Alfa Aesar), cloruro di metilene (99,6%, Sigma Aldrich), cicloesano (reagente ACS, ? 99%, Sigma Aldrich), benzina (reagente ACS, Sigma Aldrich), benzene (? 99,0%, reagente ACS, Sigma Aldrich), toluene (reagente ACS, ? 99,5%, Sigma Aldrich) o xilene (qualit? reagente, Sigma Aldrich) per poliisobutilene; N,N-dimetilformammide (reagente ACS, ? 99,0%, Sigma Aldrich), N-metil-2-pirrolidone (reagente ACS, ? 99,0%, Sigma Aldrich) o dimetilacetammide (ReagentPlus?, ? 99%, Sigma Aldrich) per polifenilsolfone.
La miscela ? stata riscaldata ad una temperatura al di sotto della temperatura di decomposizione delle sostanze e agitata sotto agitazione meccanica. Una volta omogeneizzata la miscela, ? stata addizionata una quantit? di solvente necessario per ottenere la viscosit? desiderata per i processi di deposizione.
Come esempio illustrativo, le miscele cos? prodotte sono state depositate mediante applicazione con racla (lama di colata di film regolabile al micrometro, EQ-Se-KTQ-80F, MTI Corporation) o rivestimento a spruzzo atomizzato (Xcell, Aurel S.p.a.) su uno o entrambi i lati di uno strato A costituito da un foglio di grafite pirolitica spesso 25 ?m (PGS, Panasonic) o scaglie di grafene o h-BN compressi, per ottenere gli strati B spessi ~30 ?m. Aspetto degno di nota, per la deposizione mediante racla, la viscosit? della dispersione dello strato B ? stata regolata tra 200 e 500 mPa?s, mentre per il rivestimento a spruzzo, la dispersione dello strato B utilizzata per la deposizione mediante racla ? stata diluita 1:3. L'altezza della lama ma durante la deposizione con racla e la quantit? di dispersione durante la deposizione a rivestimento a spruzzo sono state regolate per ottenere lo spessore dello strato B desiderato. Lo spessore ? stato misurato utilizzando uno profilometro a contatto (XP200, Ambios). Il sistema di rivestimento risultante ha una struttura a due strati o a tre strati con uno spessore medio di 55 ? 15 ?m e 85 ? 20 ?m, come misurato mediante profilometria.
ESEMPIO 2
Produzione del sistema di rivestimento secondo l'invenzione avente cinque strati.
I sistemi di rivestimento secondo l'invenzione con pi? di tre strati sono stati prodotti dalle strutture a pi? strati descritte nell'esempio 1.
Come esempio illustrativo, uno strato A costituito da un foglio di grafite pirolitica spesso 25 ?m (PGS, Panasonic) ? stato posto e pressato sullo strato B di una struttura a tre strati ottenuta secondo l'esempio 1 (struttura B-A-B).
Il foglio di grafite pirolitica ? stato riscaldato tramite riscaldamento elettrico ad una temperatura superiore al punto di fusione dello strato B. Per il riscaldamento elettrico, ? stata applicata corrente in CC a impulsi di 100 A lungo la lunghezza del provino (10 cm ? 10 cm) utilizzando contatti elettrici in Ag insieme a fili di rame. Questi ultimi sono stati rimossi al termine del processo di riscaldamento. Questo processo ha stabilito l'adesione tra lo strato B e il foglio di grafite pirolitica. Aspetto degno di nota, il riscaldamento a induzione pu? essere utilizzato come possibile alternativa a riscaldamento elettrico. Durante il processo di riscaldamento, la pressione ? stata variata entro un intervallo dinamico da 0,2 a 1 bar, per evitare la compressione eccessiva dello strato B, che altrimenti potrebbe essere compromesso e potrebbe verificarsi il contatto tra i due strati A. Uno strato B ? stato successivamente depositato sullo strato esterno A. Dopo la deposizione dello strato B, ? stato ottenuto un sistema di rivestimento con una struttura a cinque strati e uno spessore di ~130 ?m.
ESEMPIO 3
Produzione del sistema di rivestimento secondo l'invenzione avente due o tre strati.
Gli strati B alternativi a quelli descritti nell'esempio 1 sono stati prodotti partendo da polieter eter chetone (Victrex) o politetrafluoroetilene (Sigma Aldrich), che sono stati macinati (ZM 200, Retsch) sotto forma di polvere e miscelati con l'1% in peso di scaglie di h-BN (miscelatore a contenitore da laboratorio, CM 6-12, Mixaco). Le miscele cos? ottenute sono state applicate su uno strato A costituito da un foglio di grafite pirolitica spesso 25 ?m mediante rivestimento a spruzzo per mezzo di spruzzatori elettrostatici (Olenyer). Dopo la spruzzatura, ? stato applicato il processo di sinterizzazione (temperatura di sinterizzazione di 265?C e 400?C per polieter eter chetone e politetrafluoroetilene, rispettivamente). Quando lo strato B ? stato depositato su uno o entrambi i lati dello strato A, sono stati ottenuti sistemi di rivestimento a due strati o a tre strati con uno spessore di ~130 ?m e ~160 ?m, rispettivamente, come misurato mediante profilometria (XP200, Ambios).
ESEMPIO 4
Produzione del sistema di rivestimento secondo l'invenzione avente due o tre strati.
Come ulteriore esempio illustrativo dello strato B che pu? essere utilizzato per formare il sistema di rivestimento, polivinil butirrale o etil vinil acetato (vinil acetato al 40% in peso, Sigma Aldrich) miscelati con l'1% in peso di scaglie di h-BN prodotte attraverso esfoliazione a macinazione a getto a umido sono stati preparati sotto forma di lamine per mezzo di processi di stampaggio a iniezione a estrusione, o colata o termoformatura e successivamente applicati su un substrato elettroconduttivo (strato A o il substrato da proteggere] per mezzo di riscaldamento elettrico, la corrente applicata nel substrato metallico essendo dissipata sotto forma di calore attraverso l'effetto Joule. Il processo di riscaldamento elettrico ? stato descritto nell'esempio 2. Aspetto degno di nota, il riscaldamento a induzione pu? essere utilizzato come alternativa a riscaldamento elettrico. In aggiunta, il processo di termoformatura pu? essere utilizzato per far aderire direttamente lo strato B allo strato A su uno o entrambi i suoi lati, formando cos? un sistema di rivestimento a due strati o a tre strati, rispettivamente.
ESEMPIO 5
Produzione del sistema di rivestimento secondo l'invenzione avente cinque strati.
Le forme a pi? strati del sistema di rivestimento dell'invenzione con pi? di tre strati sono state prodotte dal sistema di rivestimento descritto nell'esempio 3. Uno strato A costituito da un foglio di grafite pirolitica spesso 25 ?m (PGS, Panasonic) ? stato posto e pressato su uno degli strati B di un sistema di rivestimento descritto nell'esempio 3. Il foglio di grafite pirolitica ? stato riscaldato tramite riscaldamento elettrico ad una temperatura superiore al punto di fusione dello strato B, come descritto nell'esempio 2. Questo processo ha stabilito l'adesione tra lo strato B e il foglio di grafite pirolitica. Durante il processo di riscaldamento, la pressione ? stata variata entro un intervallo dinamico da 0,2 a 1 bar per evitare la compressione eccessiva dello strato B, che altrimenti sarebbe compromesso causando contatti tra gli strati A. Uno strato B ? stato successivamente depositato sullo strato esterno A seguendo i processi di formulazione e deposizione dello strato B descritti nei precedenti esempi. Dopo la deposizione dello strato B, ? stato ottenuto un sistema di rivestimento con una struttura a cinque strati e uno spessore di ~130 ?m (Ambios XP200 Profiler).
ESEMPIO 6
Applicazione del sistema di rivestimento su un substrato di metallo.
I sistemi di rivestimento a tre strati descritti nell'esempio 1 (che utilizzano polivinil butirrale o poliisobutilene) sono stati applicati su substrato di acciaio strutturale mediante pressatura a caldo (pressione < 0,1 bar) ad una temperatura 200?C. Un film di poliimmide (spessore = 0,075 mm, Kapton) ? stato inserito tra la piastra di pressa superiore e il sistema di rivestimento per evitare l'attacco dello strato superiore B sulla piastra di pressa. Il film di poliimmide ? stato quindi delaminato manualmente dal campione.
Durante il riscaldamento, la pressione stata variata per non comprimere lo strato B, che altrimenti verrebbe ridotto di spessore causando contatto tra lo strato A e il substrato di acciaio strutturale. Dopo l'applicazione del sistema di rivestimento, lo spessore del sistema di rivestimento era di 50 ? 10 ?m, come stimato mediante misurazioni profilometriche su un sistema di rivestimento grattato. La corrosione degli acciai strutturali rivestiti in una soluzione acquosa di NaCl al 3% in peso ? stata valutata mediante metodi elettrochimici, seguendo lo standard ASTM G5-14 sia per l'assemblaggio della preparazione campione sia per i protocolli di misurazione. Pi? in dettaglio, un cilindro di acciaio strutturale con un diametro di 1,2 cm ? stato rivestito con un elemento riscaldante resistivo spesso 25 ?m mediante deposizione con racla, formando un campione cilindrico utilizzato come elettrodo di lavoro. Per realizzare il gruppo di elettrodo di lavoro descritto in ASTM G5-14, il campione cilindrico ? stato perforato e filettato con una filettatura di 3-48 UNC. L'elettrodo di lavoro ? stato avvitato sull'asta di supporto. Una guarnizione di compressione di PTFE garantisce una tenuta a prova di perdite. La profondit? dell'elettrodo di lavoro ? regolabile, consentendo il facile orientamento dell'elettrodo di lavoro e del tubo di ponte di elettrodo di riferimento. Le analisi di voltammetria a scansione lineare e di grafici di Tafel sono state eseguite come descritto in ASTM G5-14, utilizzando una stazione di potenziostato/galvanostato (VMP3, Biologic) in una modalit? di configurazione a tre elettrodi.
I risultati sono illustrati nella figura 1 che mostra le curve voltammetriche a scansione lineare misurate per acciaio rivestito con sistema di rivestimento a tre strati (polivinil butirrale) (CS a tre strati). Sono anche mostrate per confronto curve voltammetriche a scansione lineare per acciaio strutturale nudo, acciaio strutturale rivestito con strato B, acciaio rivestito con sistema di rivestimento a due strati (CS a due strati) e acciaio rivestito con una resina epossidica anticorrosione commerciale (Setra Vernici). Come mostrato nel pannello di inserto, i CR (misurati secondo lo standard ASTM G5-14) degli acciai strutturali rivestiti con il sistema di rivestimento a tre strati dell'invenzione sono < 10<-5 >mmpy, che sono enormemente inferiori al CR degli acciai nudi (dell'ordine di 0,1 mmpy) e ordini di grandezze superiori rispetto a quelli dell'acciaio rivestito con resina epossidica anticorrosione commerciale (dell'ordine di 10-
<2>). Aspetto degno di nota, un rivestimento di riferimento costituito da un singolo strato B a base di polivinil butirrale utilizzato in PS fornisce un CR > 1?10<-4 >mmpy, mentre soltanto lo strato A non pu? fissarsi al substrato da proteggere (pertanto, non pu? essere utilizzato come rivestimento protettivo). L'acciaio rivestito con sistema di rivestimento a due strati presenta anche un CR molto basso (dell'ordine di 10<-5 >mmpy), avvicinandosi a quelli conseguiti dall'acciaio rivestito con PS a tre strati.
La figura 2 illustra i risultati ottenuti con i sistemi di rivestimento dell'invenzione in cui si utilizza poliisobutilene come matrice polimerica dello strato B.
Come mostrato nel pannello di inserto, i CR degli acciai rivestiti con i sistemi di rivestimento dell'invenzione sono < 10<-5 >mmpy. Pi? in dettaglio, essi sono 4,2?10<-6 >mmpy e 3,4?10<-6 >mmpy per acciaio rivestito con sistema di rivestimento a due strati e a tre strati, rispettivamente. Questi CR sono enormemente inferiori al CR degli acciai strutturali (dell'ordine di 0,1 mmpy) e di ordini di grandezze inferiori rispetto a quello dell'acciaio rivestito con resina epossidica.
ESEMPIO 7
I sistemi di rivestimento a tre strati descritti nell'esempio 1 e nell'esempio 3 sono stati valutati come incapsulanti, misurando il loro tasso di trasmissione di ossigeno (OTR) e il loro tasso di trasmissione di vapore acqueo (WVTR). L'OTR ? stato misurato con OX-TRAN? Modello 2/22 (Ametek Mocon), mentre il WVTR ? stato misurato con AQUATRAN? Modello 3 (Ametec Mocon). Gli OTR dei sistemi di rivestimento misurati a 25?C e ad un'umidit? relativa di ~0% sono < 10<-3 >cc/m<2>?giorno), che sono significativamente inferiori rispetto all'OTR di laminati di polietilene/alluminio/polietilene con spessore simile (dell'ordine di 0,01 cc/(m<2>?giorno) e considerevolmente inferiori rispetto agli OTR di incapsulanti polimerici prototipo (dell'ordine di 10<3 >cc/(m<2>?giorno) per pellicole di etilen vinil acetato; dell'ordine di 10<2 >cc/(m<2>?giorno) per pellicole di polivinil butirrale). Aspetto degno di nota, un rivestimento costituito da un singolo strato B fornisce un OTR > 1 cc/(m<2>?giorno), mentre soltanto lo strato A non pu? fissarsi al substrato da proteggere. Gli WVTR dei sistemi di rivestimento dell'invenzione misurati a 23?C e all'85% di RH sono < 10<-5 >g/(m<2>?giorno), che sono significativamente inferiori ai WVTR di laminati di polietilene/alluminio/polietilene con uno spessore simile (tra 10<-3 >e 10<-4 >g/(m<2>?giorno)) e incapsulanti prototipo (tra 10<2 >e 10<3 >g/(m<2>?giorno) per pellicole di etilen vinil acetato; tra 10<1 >e 10<2 >g/(m<2>?giorno) per pellicole di polivinil butirrale). Aspetto degno di nota, un rivestimento costituito dal singolo strato B fornisce un WVTR > 1 g/(m<2>?giorno), mentre soltanto lo strato A non pu? fissarsi al substrato da proteggere.
ESEMPIO 8
Le scaglie di h-BN nei sistemi di rivestimento a tre strati descritti nell'esempio 1 sono state valutate come agenti protettivi contro degradazione indotta da ossigeno atomico e radicalico e degradazione indotta da UV per i polimeri sensibili a ossigeno atomico e radicalico e agli UV, ovvero, poliisobutilene. I campioni analizzati sono stati esposti a 10 minuti di plasma di O2 a bassa pressione utilizzando un generatore di plasma che funziona a 13,56 MHz (Gambetti, Kenologia Srl) ad una potenza di 100 W e ad una pressione di 40 Pa. Le misurazioni di spettroscopia ad assorbanza e riflettanza UV-visibile sono state eseguite con uno spettrometro UV-visibile Cary Varian 5000 dotato di sfera integratrice. La figura 3a mostra gli spettri di riflettanza di un film costituito da poliisobutilene puro e di un film costituito da un composito di scaglie di h-BN (5% in peso) e poliisobutilene (95% in peso), come descritto nell'esempio 1 per la fabbricazione dello strato B. Gli spettri sono stati registrati prima e dopo il trattamento al plasma di O2. I dati indicano che il trattamento al plasma di O2 aumenta la riflettanza di entrambi i campioni nella regione dello spettro visibile tra 400 e 700 nm. La differenza tra le aree calcolate dall'integrale della riflettanza sulla lunghezza d'onda tra 400 e 700 nm prima e dopo trattamento al plasma di O2 sono 15,8 mm e 22,9 nm per poliisobutilene puro e poliisobutilene:h-BN (5:95 p/p), rispettivamente. Questo suggerisce che le scaglie di h-BN riducono il cosiddetto effetto di ingiallimento, che ? il cambio di colore della plastica. Dato che i cambi di riflettanza possono essere associati anche ad un cambio di ruvidit? della superficie del materiale, sono stati anche acquisiti e analizzati spettri di assorbimento per escludere il contributo di riflettanza al cambio di colore. Come mostrato nella figura 3b, il trattamento al plasma di O2 di poliisobutilene puro causa la formazione di gruppi carbossilici, il cui picco ? ubicato a 211 nm e di altre specie ossidate (bande ubicate tra 240 e 300 nm). Questi prodotti sono associati alla degradazione e alla decomposizione chimiche (per esempio, rottura della catena polimerica) di poliisobutilene. L'addizione di scaglie di h-BN in poliisobutilene impedisce la formazione di gruppi carbossilici, proteggendo cos? il poliisobutilene dalla degradazione sotto trattamento al plasma di O2. Come descritto nelle forme di realizzazione dell'invenzione, le scaglie di h-BN possono ossidarsi in ossidi di boro (per esempio, triossidi di boro, B2O3 fornendo una barriera contro gli agenti corrosivi/erosivi/ossidanti, agendo da assorbitori di UV e materiale resistente contro gli effetti di corrosione/erosione indotti da ossigeno atomico.
ESEMPIO 9
Le conduttivit? termiche dei sistemi di rivestimento a tre strati descritti nell'esempio 1 sono state misurate tramite il metodo a disco caldo (TPS 3500, Hot Disk Instrument). Infatti, la conduttivit? termica del sistema di rivestimento dipende dal carico delle scaglie 2D e dal tipo di matrici utilizzate per esempio, polieter eter chetone e polifenilsolfone. In particolare, la presenza di scaglie di h-BN e grafene nello strato B a base di polieter eter chetone o polifenilsolfone potenzia la conduttivit? termica dello 0,5-22% rispetto ai polimeri puri, mentre la presenza di grafite pirolitica dello strato A fornisce

Claims (6)

  1. conduttivit? nel piano di 1600 W(m?K)<-1>.
    ESEMPIO 10
    Le propriet? meccaniche nel piano dei sistemi di rivestimento a tre strati descritti nell'esempio 4 sono state valutate utilizzando un'apparecchiatura di test universale (Instron Dual Column Tabletop System 3365). Per il caso illustrativo dei sistemi di rivestimento basati su uno strato B costituito da scaglie di h-BN (5% in peso) e poliisobutilene (95% in peso) e grafite pirolitica come strato A (campioni prodotti mediante termoformatura dello strato B direttamente sullo strato A), il modulo di Young misurato ? di 2542 ? 348 MPa. Questo valore rappresenta un aumento del 7% del modulo di Young di un film di poli vinil butirrale puro con lo stesso spessore del sistema di rivestimento (spessore ~500 ?m, come misurato con uno spessimetro). Sono stati anche effettuati test di urto per valutare le propriet? meccaniche fuori dal piano del sistema di rivestimento, relativamente allo strato A. I test sono stati eseguiti realizzando un punzone cavo (dimensione diametrale = 12 mm, peso = 0,3 kg) da un'altezza di 2,5 cm su un sistema di rivestimento a tre strati o una lamina di grafite pirolitica. Come mostrato nella figura 4, la grafite pirolitica viene punzonata, presentando un foro sul suo intero spessore dopo il test. Diversamente, lo strato B nel sistema di rivestimento protegge lo strato A, che preserva la sua integrit? meccanica.
    RIVENDICAZIONI
    1. Sistema di rivestimento per proteggere un substrato comprendente almeno uno strato A e almeno uno strato B, in cui
    - detto strato A ? costituito da un materiale selezionato dal gruppo costituito da grafite pirolitica, nitruro di boro pirolitico, grafite espansa compressa, nitruro di boro turbostratico pressato a caldo, scaglie di grafene compresse, scaglie di nitruro di boro esagonale compresse, scaglie di ossido di grafene grafitizzato o una loro combinazione; e
    - detto strato B ? costituito da un composito comprendente una matrice polimerica e scaglie 2D, dette scaglie 2D essendo costituite da un materiale selezionato dal gruppo costituito da grafene, ossidi di grafene, ossido di grafene ridotto, grafene drogato con eteroatomi, nitruro di boro esagonale, calcogenuri di metalli, ossidi di metalli, alogenuri di calcogenuri di metalli, alogenuri di metalli, fosfotricalcogenuri, MXeni, carburi di metalli, nitruri di metalli, idrossidi stratificati, siliciuri di metalli alcalino-terrosi, bromuri di metalli alcalinoterrosi, germaniuri di metalli alcalino-terrosi e stannuri di metalli alcalino-terrosi, perovskiti stratificate, fosforeni, silicene, antimonene, germanene, boronene, stanene, bismutene e loro combinazioni.
  2. 2. Sistema di rivestimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta matrice polimerica ? costituita da un polimero selezionato dal gruppo costituito da resine epossidiche, polimeri acrilici, polimeri organosiliconici polimerici, poliuretani, poliisobutileni, polimeri vinilici, polivinili, ionomeri, poliarileterchetoni, polifenilensolfoni, poliammidi, poliimmidi, acrilonitrile butadiene stirene, poliesteri, policarbonati, polichetoni, poliossimetilene, polifenilen solfuro, polieteri, polisolfoni, poli(p-fenilene), fluoropolimeri, poli(metilmetacrilato), poli(etilen-vinil acetato) e acrilonitrile-butadiene-stirene.
  3. 3. Sistema di rivestimento secondo la rivendicazione 1 in cui il rapporto tra le scaglie 2D e la matrice polimerica nello strato B ? nell'intervallo tra 0,01:99,99 e 50:50.
  4. 4. Sistema di rivestimento secondo la rivendicazione 1 in cui il rapporto tra le scaglie 2D e la matrice polimerica nello strato B ? nell'intervallo tra 5:95 e 20:80.
  5. 5. Sistema di rivestimento secondo la rivendicazione 1 in cui detto strato B comprende inoltre almeno un additivo selezionato dal gruppo costituito da plastificanti, antiplastificanti e stabilizzatori.
  6. 6. Sistema di rivestimento secondo la rivendicazione
IT102021000013169A 2021-05-20 2021-05-20 Sistema di rivestimento per proteggere un substrato IT202100013169A1 (it)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102021000013169A IT202100013169A1 (it) 2021-05-20 2021-05-20 Sistema di rivestimento per proteggere un substrato
EP22727467.7A EP4341085A1 (en) 2021-05-20 2022-05-20 Coating system for protecting a substrate
PCT/IB2022/054717 WO2022243949A1 (en) 2021-05-20 2022-05-20 Coating system for protecting a substrate
US18/561,645 US20240254339A1 (en) 2021-05-20 2022-05-20 Coating system for protecting a substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102021000013169A IT202100013169A1 (it) 2021-05-20 2021-05-20 Sistema di rivestimento per proteggere un substrato

Publications (1)

Publication Number Publication Date
IT202100013169A1 true IT202100013169A1 (it) 2022-11-20

Family

ID=77127014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT102021000013169A IT202100013169A1 (it) 2021-05-20 2021-05-20 Sistema di rivestimento per proteggere un substrato

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240254339A1 (it)
EP (1) EP4341085A1 (it)
IT (1) IT202100013169A1 (it)
WO (1) WO2022243949A1 (it)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3152006A (en) 1961-06-29 1964-10-06 High Temperature Materials Inc Boron nitride coating and a process of producing the same
US4402925A (en) 1981-09-28 1983-09-06 Union Carbide Corporation Porous free standing pyrolytic boron nitride articles
WO2017089987A1 (en) 2015-11-26 2017-06-01 Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia Exfoliation of layered materials by wet-jet milling techniques
GB2573036A (en) * 2018-02-06 2019-10-23 Applied Graphene Mat Uk Ltd Corrosion protection for metallic substrates
US20190345344A1 (en) * 2018-05-08 2019-11-14 Nanotek Instruments, Inc. Anti-corrosion material-coated discrete graphene sheets and anti-corrosion coating composition containing same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3152006A (en) 1961-06-29 1964-10-06 High Temperature Materials Inc Boron nitride coating and a process of producing the same
US4402925A (en) 1981-09-28 1983-09-06 Union Carbide Corporation Porous free standing pyrolytic boron nitride articles
WO2017089987A1 (en) 2015-11-26 2017-06-01 Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia Exfoliation of layered materials by wet-jet milling techniques
GB2573036A (en) * 2018-02-06 2019-10-23 Applied Graphene Mat Uk Ltd Corrosion protection for metallic substrates
US20190345344A1 (en) * 2018-05-08 2019-11-14 Nanotek Instruments, Inc. Anti-corrosion material-coated discrete graphene sheets and anti-corrosion coating composition containing same

Also Published As

Publication number Publication date
EP4341085A1 (en) 2024-03-27
US20240254339A1 (en) 2024-08-01
WO2022243949A1 (en) 2022-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Self-aligned graphene as anticorrosive barrier in waterborne polyurethane composite coatings
Bouibed et al. Synthesis and characterization of hybrid materials based on graphene oxide and silica nanoparticles and their effect on the corrosion protection properties of epoxy resin coatings
Shi et al. Temperature‐Mediated selective growth of MoS2/WS2 and WS2/MoS2 vertical stacks on Au foils for direct photocatalytic applications
Ding et al. Study of water permeation dynamics and anti-corrosion mechanism of graphene/zinc coatings
Shen et al. Corrosion protection of graphene-modified zinc-rich epoxy coatings in dilute NaCl solution
Cui et al. Toward a slow-release borate inhibitor to control mild steel corrosion in simulated recirculating water
Zhang et al. Moisture barrier evaluation of SiOx/SiNx stacks on polyimide substrates using electrical calcium test
Valença et al. Study of the efficiency of polypyrrole/ZnO nanocomposites as additives in anticorrosion coatings
EP2912209B1 (en) Anti-corrosion coatings
Arshad et al. Multi-functionalized fluorinated graphene composite coating for achieving durable electronics: Ultralow corrosion rate and high electrical insulating passivation
Yao et al. Aligned coaxial tungsten oxide–carbon nanotube sheet: a flexible and gradient electrochromic film
Kim et al. Enhancement of barrier properties by wet coating of epoxy-ZrP nanocomposites on various inorganic layers
Zhu et al. Graphene coating for anti-corrosion and the investigation of failure mechanism
Izgorodin et al. CdS thin-film electrodeposition from a phosphonium ionic liquid
US10002983B1 (en) Nanocomposite barrier films for photovoltaic applications
Liu et al. Insight into the impact of conducting polyaniline/graphene nanosheets on corrosion mechanism of zinc-rich epoxy primers on low alloy DH32 steel in artificial sea water
US20170234820A1 (en) Surface applied sensors
Baldissera et al. Polymeric organic coatings based on PANI-ES and PANI-ES/APP for fire protection
Verma et al. MXenes as emerging 2D materials for anticorrosive application: challenges and opportunities
Chen et al. Coatings comprised of graphene oxide decorated with helical polypyrrole nanofibers for microwave absorption and corrosion protection
Liu et al. Recent progress on corrosion mechanisms of graphene-reinforced metal matrix composites
IT202100013169A1 (it) Sistema di rivestimento per proteggere un substrato
Sun et al. Controllable Coating Graphene Oxide and Silanes on Cu Particles as Dual Protection for Anticorrosion
Xing et al. Preparation of Ti3C2Tx MXene based composite corrosion inhibitor and anticorrosive properties of enhanced coatings
Cao et al. Graphene-like 2D Ti3C2Tx MXene/dodecyltrimethoxysilane coating for corrosion protection on aluminum alloy by designing multilayer structure