Más grafeno no siempre significa mejores resultados:

La importancia de la dispersión en la industria de los recubrimientos

El grafeno es un material formado por una capa de átomos de carbono organizados en una estructura bidimensional. Desde su aislamiento en 2004 despertó el interés de múltiples sectores industriales por sus propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, ópticas, etc. Sin embargo, las propiedades de una o varias láminas de grafeno no se transfieren automáticamente a cualquier producto.

Una de las aplicaciones de mayor interés es el desarrollo de recubrimientos industriales. El grafeno y sus derivados, como el óxido de grafeno o el óxido de grafeno reducido, presentan geometrías laminares que, cuando se distribuyen y orientan favorablemente dentro de una matriz, pueden dificultar el transporte de agua, oxígeno e iones corrosivos. Este fenómeno, conocido como efecto barrera, ofrece oportunidades para mejorar la protección de superficies metálicas y no metálicas.

Su elevada área superficial y sus interacciones con las matrices poliméricas también pueden modificar la adhesión, la humectabilidad y otras propiedades del recubrimiento. No obstante, trasladar este potencial a formulaciones industriales homogéneas, rentables y escalables exige superar una idea equivocada: incorporar más grafeno garantiza mejores resultados.

¿Por qué una mayor concentración no siempre mejora el desempeño?

La elevada superficie específica de los materiales grafénicos favorece las interacciones entre láminas y, bajo determinadas condiciones, la formación de aglomerados. Si la formulación no consigue distribuirlas adecuadamente, pueden aparecer heterogeneidades y defectos que contrarresten las ventajas del refuerzo. Por ello, incrementar la carga de nanomaterial puede incluso perjudicar algunas propiedades.

Las constantes de debate en las diversas líneas de investigación que utilizan grafeno o cualquiera de sus derivados suelen ser: concentración del material grafénico, su compatibilidad con los demás componentes, la calidad de la dispersión y la integridad de la película final como variables clave para las modificaciones en los recubrimientos, principalmente en materia de resistencia mecánica y anticorrosividad.

Importancia de la concentración y dispersión

Una formulación aparentemente uniforme puede contener aglomerados microscópicos. La dispersión efectiva requiere considerar la separación y estabilidad de las láminas, su afinidad por los componentes de la formulación y su distribución durante la formación de la película seca. Una buena dispersión inicial en el medio líquido no garantiza, por sí sola, una distribución adecuada en el recubrimiento terminado.

Algunos estudios sobre recubrimientos epóxicos reforzados con materiales grafénicos han reportado cómo la estabilidad de la dispersión y la organización de las láminas pueden influir en la protección anticorrosiva. Por lo que no solo es importante conocer cuánto grafeno incorporar, sino qué material seleccionar y cómo conseguir que la proporción suficiente quede integrada y sea funcional dentro de la matriz.

Adhesión y corrosión: relacionadas, pero no equivalentes

Una mayor adhesión puede contribuir a conservar la integridad del sistema protector, pero no demuestra por sí misma una mayor resistencia a la corrosión. Esta última también depende de la permeabilidad, la porosidad, la continuidad y el espesor de la película, la naturaleza del sustrato y las condiciones de exposición.

De manera similar, un aumento del ángulo de contacto con el agua indica una menor humectabilidad superficial, pero no permite afirmar, por sí solo, que disminuye la absorción o la permeabilidad del recubrimiento. Para evaluar el efecto protector es necesario considerar el conjunto de propiedades y, cuando corresponda, realizar pruebas electroquímicas o de exposición controlada.

Energeia-Graphenemex®: De la investigación a la aplicación industrial

La viabilidad técnica y económica de los materiales grafénicos a escala industrial exige trasladar los resultados teóricos hacia aplicaciones reales, fuera de los entornos controlados del laboratorio. Con este propósito, Energeia-Graphenemex® se ha dedicado desde sus inicios a evaluar la eficiencia de sus materiales en diversos sistemas y entornos.

Como parte de este esfuerzo, en 2024 la compañía publicó el artículo “Construction Innovation – Graphene Oxide as the Differentiating Nanoadditive for Concrete and Coatings” en la revista internacional Materials Science Forum. De este modo, la empresa ha logrado consolidar una ruta de validación técnica con el uso de sus nanomateriales, reafirmando la efectividad de sus formulaciones en matrices ecológicas, epóxicas, acrílicas y poliuretanos, las cuales han demostrado mejoras importantes en cuanto a protección anticorrosiva, actividad antimicrobiana, resistencia mecánica y estabilidad a la intemperie.

En estudios realizados en 2026, se comparó el desempeño de un recubrimiento base agua frente a un sistema modificado con distintas concentraciones y tipos de material grafénico, ambos aplicados sobre superficies metálicas.

Los resultados fueron consistentes con lo previamente identificado bajo otras condiciones en las que, menos del 1% de material grafénico es suficiente para mejorar la adherencia de los recubrimientos al sustrato, pero también la integridad del recubrimiento en sí mismo. En este estudio, el incremento en resistencia al desprendimiento fue mayor al 130% en comparación con el recubrimiento sin modificar. Mientras que, las pruebas de adherencia por el método Cross-Cut también comprobaron su desempeño, cambiando de categoría 4B a 5B. Es decir, logrando el grado máximo de desempeño en esta escala.

Categoría 4B: Ligero astillamiento únicamente en los cruces de las líneas; el desprendimiento no supera el 5% del área de la cuadrícula.

Categoría 5B: Bordes completamente lisos; ningún cuadrado ni intersección presenta desprendimiento de recubrimiento.

Finalmente, el recubrimiento modificado con el material grafénico también demostró ser 20% más hidrofóbico. Todos estos cambios en sinergia dieron como resultado un recubrimiento con mejor desempeño anticorrosivo, poniendo nuevamente en manifiesto el gran potencial de los materiales grafénicos para la protección de los sustratos.

Los avances de Energeia-Graphenemex® exponen el principal reto de la nanotecnología aplicada: aprovechar las características teóricas de un nanomaterial en propiedades funcionales reproducibles, homogéneas y económicamente viables. En todos los sectores industriales en los que los materiales grafénicos puedan agregar valor, el éxito radica en identificar el balance adecuado entre el nanomaterial, su concentración y los métodos de dispersión interfacial.

Redacción: EF/Dania Hernández

Referencias

1. Review of the Application of Graphene-Based Coatings as Anticorrosion Layers. Coatings (2020), 10, 883. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings10090883
2. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing (2023), artículo 107729. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2023.107729
3. Dispersion and Parallel Assembly of Sulfonated Graphene in Waterborne Epoxy Anticorrosion Coatings. Journal of Materials Chemistry A (2019). https://doi.org/10.1039/C9TA03995C
4. Progress in the Graphene Oxide-Based Composite Coatings for Anticorrosion of Metal Materials. Coatings (2023), 13, 1120. https://doi.org/10.3390/coatings13061120
5. Construction Innovation – Graphene Oxide as the Differentiating Nanoadditive for Concrete and Coatings. Materials Science Forum (2024). https://doi.org/10.4028/p-l9NF7j