با ایجاد یک نانوکامپوزیت سه‌تایی تیتانات-پلی اورتان-کیتوزان که مقاومت خوردگی فولاد را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد، پیشرفت مهمی در زمینه علم مواد پدید آمده است. محققان این کامپوزیت ابتکاری را نه تنها برای بهبود خواص مکانیکی پوشش‌ها، بلکه به عنوان راه‌حلی امیدوارکننده برای مبارزه با چالش‌های پرهزینه و خطرناک ناشی از خوردگی ارائه کرده‌اند.

خوردگی اغلب به عنوان یکی از عوامل اصلی موثر بر سازه‌های فلزی صنعتی در نظر گرفته می‌شود که به خسارات اقتصادی گسترده‌ای منجر می‌شود به طوری‌که تا سال ۲۰۲۲ حدود ۳ میلیارد دلار در سطح جهان تخمین زده می‌شد. با این حال، تلاش برای راه‌حل‌های کارآمدتر و سازگار با محیط‌زیست ادامه دارد. محققان نشان دادند که چگونه ترکیب نانولوله‌های تیتانات، کیتوزان و پلی‌اورتان می‌تواند مانعی بزرگ در برابر خوردگی ایجاد کند.

قبل از سنتز این نانوکامپوزیت جدید، این تیم نانولوله‌های تیتانات سدیم (Na-TNTs) را با استفاده از روش‌های هیدروترمال ساختند که ساختار‌هایی با سطح افزایش‌یافته و پایداری شیمیایی ایجاد کرد. سپس این نانولوله‌ها با پلی‌اورتان و کیتوزان با نسبت‌های مختلف مخلوط شدند. این اختلاط پس از بهینه‌سازی میزان تیتانات سدیم مورد استفاده قرار گرفت. اعتقاد بر این بود که این ترکیب جدید هم دوام مکانیکی پلی‌اورتان و هم خواص طبیعی مهارکننده خوردگی کیتوزان را با هم ادغام می‌کند.

برای ارزیابی عملکرد این محصول، از روش اسپری نمک استفاده می‌شود که به طور گسترده به عنوان استانداردی برای ارزیابی مقاومت به خوردگی مواد در نظر گرفته می‌شود. یافته‌های تجربی نشان داد که کامپوزیت دوتایی پلی‌اورتان و ۱.۵ درصد Na-TNT‌ها فعالیت ضدخوردگی قابل‌توجهی را نشان می‌دهند و ناحیه جدا شده را از ۱۹ درصد برای پلی‌اورتان خالص به ۵ درصد کاهش می‌دهد. افزودن کیتوزان نیز بسیار اثربخش بود به طوری که با افزودن تنها ۴ درصد کیتوزان عملکرد آن بهبود قابل توجهی پیدا کرده و ناحیه جدا شده را به ۲درصد کاهش می‌دهد.

این تحقیق نه تنها قابلیت‌های ضدخوردگی چشمگیر این نانوکامپوزیت را نشان می‌کند، بلکه بسیاری از خواص مکانیکی مانند استحکام چسبندگی، مقاومت در برابر ضربه و دوام را نیز مورد بحث قرار می‌دهد. در این پروژه نشان داده شد که قدرت چسبندگی از ۳.۵ مگاپاسکال برای پلی‌اورتان خالص به ۷.۹ مگاپاسکال با افزودن کیتوزان افزایش یافت. چنین پیشرفت‌هایی به برهم‌کنش‌های مولکولی بین نانولوله‌های تیتانات و ماتریس پلی‌اورتان نسبت داده می‌شود.

منبع: ستاد ویژه توسعه فناوری نانو