Grafeno en la industria de recubrimientos y pinturas

GRAFENO EN LA INDUSTRIA

DE RECUBRIMIENTOS Y PINTURAS


Actualmente el grafeno es el aditivo nanotecnológico más revolucionario en la industria de recubrimientos y pinturas.


Regularmente los recubrimientos se usan con fines decorativos y para la protección de superficies, especialmente para la protección contra la corrosión, humedad, ensuciamiento, desgaste mecánico, entre otros.  A nivel comercial, existe una amplia variedad de recubrimientos a base de diferentes tipos de resinas y aditivos, su eficiencia está asociado generalmente a un aumento en el costo. Sin embargo, los recubrimientos siguen teniendo baja resistencia a la corrosión, a la abrasión y una limitada resistencia química y térmica.


Por lo que la industria de los recubrimientos, como muchas otras industrias, siguen en constante investigación y desarrollo de nuevas tecnologías, para la formulación y aplicación de nuevos y mejores recubrimientos.


Desde el año 2004, cuando fue aislado por primera vez el nanomaterial de grafeno, los científicos de la industria de recubrimientos han estado en la búsqueda de formas para utilizar el grafeno como aditivo, para con ello mejorar el desempeño y la tecnología de los recubrimientos en diferentes áreas de aplicación.


El grafeno tiene propiedades únicas, atribuidas principalmente a su estructura en forma de láminas bidimensionales (2D), formada por átomos de carbono enlazados de manera hexagonal y un espesor de un átomo de carbono. Este nanomaterial posee extraordinarias propiedades, las cuales incluyen alta conductividad eléctrica y térmica, y elevada resistencia mecánica. Además, posee otras propiedades distintivas, incluida, la impermeabilidad a los gases, resistencia química, potencial antibacteriano y gran área superficial.


La composición a base de carbono del grafeno y su compatibilidad lo convierte en un aditivo viable para recubrimientos poliméricos orgánicos. 


Entre las ventajas que brinda el uso de grafeno, esta su capacidad de incorporar características nuevas o mejoradas en los recubrimientos. Se pueden desarrollar diferentes tipos de recubrimientos multifuncionales, como:


  • Recubrimientos anticorrosivos

Uno de los principales usos de los recubrimientos con grafeno es la protección contra la corrosión. El grafeno crea vías que son muy tortuosas, lo que evita que las moléculas de agua y oxígeno y/o agentes químicos se difundan a la superficie de los materiales con base metálica, lo que da como resultado la protección del metal contra la oxidación y la corrosión.


  • Recubrimientos ignífugos

Aditivos convencionales basados en halógenos (bromo y cloro), así como fósforo, compuestos de melamina e inorgánicos, son utilizados para mejorar la resistencia al fuego de los recubrimientos, sin embargo, estos materiales son tóxicos para los seres humanos y el medio ambiente. Por otra parte, el alto contenido de estos materiales ignífugos puede causar el deterioro de otras propiedades en los recubrimientos.


Por lo que, la aplicación de grafeno como nuevo aditivo en recubrimientos, puede reducir o eliminar el uso de aditivos convencionales ignífugos, además puede proveer al recubrimiento de un mejor desempeño frente a temperaturas extremas durante un tiempo más prolongado y con mejor estabilidad mecánica.


  • Recubrimientos resistentes al desgaste o abrasión

El grafeno ha demostrado ser un candidato potencial para recubrimientos resistentes al desgaste, abrasión y a rayones. El grafeno es el material más ligero y doscientas veces más resistentes que el acero, además el grafeno tiene una alta capacidad para soportar grandes diferencias de presión y una alta resistencia mecánica.


  • Recubrimientos antiincrustantes

El grafeno es un buen candidato para uso como agente antiadherente. Su aplicación, reduce el problema de ensuciamiento y la deposición de materiales orgánicos e inorgánicos en cascos de barcos, buques o embarcaciones marinas, plataformas petrolíferas, entre otros.  Este tipo de aplicación se atribuye principalmente a la propiedad hidrofóbica (repelente al agua) y propiedades de barrera del grafeno.


  • Recubrimientos antimicrobianos

Resulta innovador el uso de láminas de grafeno u óxido de grafeno como agente antimicrobiano, debido a que existen estudios que han demostrado una fuerte actividad antimicrobiana contra una amplia variedad de microorganismos, incluyendo bacterias Gram +,  Gram – y hongos. Asociado a que los materiales grafenicos son capaces de penetrar la membrana celular de los microorganismos produciendo estrés oxidativo en inhibiendo su reproducción.

A nivel mundial, continúa la investigación y desarrollo de recubrimientos a base de grafeno. Actualmente son varias las empresas e Instituciones que han realizado formulaciones mejoradas con grafeno para recubrimientos, entre las que destacan:


  • Applied Graphene Materials, con sede en el Reino Unido,en colaboración con la empresa estadounidense Sherwin-Williams, se encuentran en el desarrollo de pinturas anticorrosivas a base de grafeno. Su objetivo, es incorporar grafeno en diferentes formulaciones, especialmente en pintura marítima para uso en cascos de barcos para protegerlos de la corrosión.
  • The Sixth Element Materials, empresa china, que se centra en la investigación, desarrollo y venta de materiales grafenicos, ha lanzado un imprimante anticorrosivo base grafeno-zinc para torres de energía eólica marítimas.
  • Graphenstone, empresa española, ha desarrollado pintura ecológica que combina tecnología de grafeno y cal. Obteniendo pinturas con mayor resistencia, flexibilidad, calidad y un periodo de vida mas largo en comparación con pinturas base cal convencionales.

Energeia – Graphenemex®, empresa mexicana lider en América Latina en investigación y producción de materiales grafénicos para el desarrollo de aplicaciones a nivel industrial, a través de su línea Graphenergy, ha lanzado una amplia gama de recubrimientos nanotecnológicos con grafeno. Estos recubrimientos ofrecen alta protección anticorrosiva y antimicrobriana. Además, de brindar alta resistencia al desgaste, resistencia a los rayos UV, impermeabilidad y una extraordinaria adherencia, con la finalidad de mejorar la vida de útil de cualquier superficie o instalación y reducir los costos de mantenimiento.


Los recubrimientos con grafeno, además de poseer protección anticorrosiva, pueden brindar mayor resistencia química, resistencia a los rayos UV, mayor rendimiento térmico en un amplio rango de temperaturas, además de recubrimientos más flexibles y resistentes al agrietamiento.


Referencias

  1. DuMée, L.F., et al., Carbon, 87, 395–408 (2015); doi:10.1016/j.carbon.2015.02.042.
  2. Wang, E.N., et al., Nano Lett., 15 (5), 2902–2909 (2015).
  3. J. Chen, H. Peng y X. Wang, Nanoscale, vol.6, pp. 1879-1889, 2014
  4. Md J. Nine, Martin A. Cole, Diana N.H. Tran, and Dusan Losic, J. Mat. Chem. A, 2015.
  5. Sachin Sharma Ashok Kumar, Shahid Bashir, K. Ramesh, S. Ramesh, Progress in Organic Coatings, 154, (2021)