Kaplamalar, bir malzemenin özelliklerinin muhafaza edilmesine ve geliştirilmesine izin verir. Bu kapsamda çevrenin etkilerine karşı koruma da sağlayabilirler.
Bu nedenle, genellikle mikro çatlaklar şeklinde hasar meydana geldiğinde, su ve oksijen gibi çevresel elementler kaplamadan içeri girebilir ve malzeme hasarına veya bozulmasına neden olabilir.
Kaplamalardaki mikro çatlaklar, kaplamanın mekanik olarak bozulmasına veya delaminasyonuna, fiberle güçlendirilmiş kompozitlerde ve mikroelektronikte ise elektriksel bozulmaya neden olabilir. Çok küçük ölçekte olmasına rağmen bu tip hasarların onarımı genellikle zor ve maliyetlidir.
Bu nedenle, kendini otomatik olarak iyileştirebilen bir kaplama (kendi kendini onaran kaplama), otomatik geri kazanım özellikleri (mekanik, elektrik ve estetik özellikler gibi) kaplamanın, dolayısıyla malzemenin de ömrünü uzatması açısından çok faydalı olabilmektedir.
Literatürde kendi kendini iyileştiren malzemeler ile ilgili olarak açıklanan yaklaşımların çoğu, mikrokapsülleme ve hidrojen bağı, iyonomerler ve kimyasal bağlar gibi geri dönüşümlü fiziksel bağların eklenmesi olarak görülmektedir. Mikrokapsülleme, kendi kendini onaran kaplamalar geliştirmek için en yaygın yöntemdir.
Kendiliğinden iyileşen epoksi polimerilerinde mikrokapsüllenmiş disiklopentadien (DCPD) monomeri ve Grubbs katalizörü kullanan kapsül yaklaşımı, daha sonra metalik ve kompozit substratların yapıştırılması için havacılık ve otomotiv endüstrilerinde yaygın olarak kullanılan epoksi yapışkan filmlere de uyarlanmıştır.
Son zamanlarda, çok katmanlı mikroelektronik cihaz ve akü elektrotlarında elektrik iletkenliğini geri kazanmak için mikrokapsüllü metal veya karbon karası sıvı süspansiyonları kullanılmaktadır. Bununla birlikte kaplamalardaki elektriksel özelliklerin restorasyonu için mikro kapsülleme kullanımı sınırlıdır.
Bunların yanı sıra, sıvı metal mikro damlacıklar, yumuşak biyolojik dokunun esnekliğini taklit ederek, hasar gördüğünde elektrik iletkenliğini koruyan gerilebilir elektrik iletkenleri oluşturmak için silikon elastomer içinde süspanse edilmiştir. Bu tekniğin en yaygın uygulaması, korozyon koruması için polimer kaplamalarda kanıtlanmıştır.
Metalik malzemelerin korozyona karşı korunması, ekonomik ve ekolojik ölçekte büyük önem taşımaktadır.
Korozyon koruması için polimer kaplamalardaki mikrokapsüllerin etkinliğini kanıtlamak için, araştırmacılar bir dizi materyali kapsüllemişlerdir.
Bu malzemeler izosiyanatlar, DCPD GMA epoksi reçinesi, keten tohumu yağı ve tung yağı gibi monomerleri içerir. Yukarıda belirtildiği gibi çekirdeğin kapsüllenmesi için, fenol formaldehit, üre formaldehit, dendritik veya PAMAM, melamin formaldehit, vb. gibi kabuk malzemeler kullanılmıştır.
Her kabuk malzemesinin kendine özgü nitelikleri vardır. Mikrokapsüllemenin metali korozyona karşı etkili bir şekilde koruduğu ve bir kaplamanın ömrünü uzattığı kanıtlanmıştır.
Kendi kendini iyileştiren kaplamalar hem yüzey çiziklerini hem de mezoskopik hasarı iyileştirir (örn. Mikro çatlaklar ve kavitasyon). Kendi kendini iyileştirme boşluk kapanması, ardından iyileşme olarak iki aşamalı bir süreçtir.
Kendi kendini onaran işlevsellik, tekrar tekrar hasar gören alanlarda bile yüksek derecede çizik onarımı ve parlaklık geri kazanımı sağlar.
Örneğin, kendi kendini iyileştiren epoksiler korozyonu önlemek için metallere dahil edilebilir. Yapılan bir testte, bir substrat metali, 72 saatlik maruziyetten sonra büyük bozulma ve pas oluşumu göstermiştir, ancak kendi kendini onaran epoksi ile kaplandıktan sonra, aynı maruziyetten 72 saat sonra gözle görülür bir hasar olmadığı tespit edilmiştir.
Bu kaplamalar, hasarı kendiliğinden düzeltebilir, geçen zaman içinde meydana gelen bozulmanın neden olduğu verimsizliği azaltabilir ve ayrıca malzeme arızasından kaynaklanan maliyetleri önleyebilir.
Kendi kendini iyileştiren kaplamaların dış faktörlerin neden olduğu yerel hasarı kendi kendine onarma yeteneği, bu konunun çekiciliğine katkıda bulunan önemli bir faktördür. Kendi kendini iyileştiren kaplamalar arasında polimer tabakalar, silika-organik tabakalar, dönüşüm tabakaları, metalik tabakalar, seramik tabakalar yer almaktadır.
Bu kaplamalar, dış ortamın neden olduğu mekanik veya kimyasal hasara akıllıca yanıt verir ve alt tabakaya ve bütünlüğe yapışmaları da dahil olmak üzere orijinal özelliklerini yeniden üretir. Kendi kendini iyileştirme yeteneği, bir yapının malzemesini korozyona karşı korumak için tasarlanmış kaplamalar için özellikle hayati bir özelliktir.
Kendiliğinden iyileşen korozyon önleyici kaplamalar, seramikler, metaller, kompozitler gibi makromoleküler bileşikler kullanılarak üretilir. Bu tür kaplamaların özellikleri sıcaklık, radyasyon, pH, basınç değişiklikleri ve/veya mekanik hareket gibi uygun uyaranlarla aktive edilir.
Hazırlayan:B. Serhat Cengiz
Kaynakça
• White SR, Sottos NR, Geubelle PH, Moore JS, Kessler MR, Sriram SR, et al. (February 2001). “Autonomic healing of polymer composites”. Nature. 409
(6822): 794–7. doi:10.1038/35057232. PMID 11236987.
• Aïssa B, Therriault D, Haddad E, Jamroz W (2011). “Self-Healing Materials Systems: Overview of Major Approaches and Recent Developed Technologies”.
Advances in Materials Science and Engineering. 2012: 1–17. doi:10.1155/2012/854203.
• Chen Y, Guan Z (September 2014). “Multivalent hydrogen bonding block copolymers self-assemble into strong and tough self-healing materials”.
Chemical Communications. 50 (74): 10868–70. doi:10.1039/C4CC03168G. PMID 25090104.
• Binder WH (2013). “Self-Healing Ionomers”. Self-healing polymers : from principles to applications (1 ed.). Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH. pp.
315–334. doi:10.1002/9783527670185.ch13. ISBN 978-3-527-33439-1.
• Varley RJ, Zwaag SV (2008). “Development of a quasi-static test method to investigate the origin of self-healing in ionomers under ballistic conditions”.
Polymer Testing. 27: 11–19. doi:10.1016/j.polymertesting.2007.07.013.
• https://en.wikipedia.org/wiki/Self-healing_material#Self-healing_coatings
• https://www.corrosionpedia.com/definition/1480/self-healing-coating
