Page 62 - PITTURE E VERNICI EUROPEAN COATINGS Issue 3/May-June 2017

TECHNICAL NEWS
THE UNIVERSITY OF MANCHESTER, Daniel Cochlin
■ A thin layer of graphene paint can make impermeable and chemically resistant coatings which could be used for packaging to keep food fresh for longer and protect metal structures against corrosion, new findings from The University of Manchester show.
The surface of graphene, a one atom thick sheet of carbon, can be randomly decorated with oxygen to create graphene oxide; a form of graphene that could have a significant impact on the chemical, pharmaceutical and electronic industries. Applied as paint, it could provide an ultra-strong, non-corrosive coating for a wide range of industrial applications.
Graphene oxide solutions can be used to paint various
surfaces ranging from glass to metals to even conventional bricks. After a simple chemical treatment, the resulting coatings behave like graphite in terms of chemical and thermal stability but become mechanically nearly as tough as graphene, the strongest material known to man.
The team led by Dr
Rahul Nair and Nobel
laureate Sir Andre
Geim demonstrated
previously that
multilayer films made
from graphene oxide
are vacuum tight
under dry conditions
but, if expose to water
or its vapour, act as
molecular sieves
allowing passage of small molecules below a certain size. Those findings could have huge implications for water purification.
This contrasting property is due to the structure of graphene oxide films that consist of millions of small flakes stacked randomly on top of each other but leave nano-sized capillaries between them. Water molecules like to be inside these nanocapillaries and can drag small atoms and molecules along. The University of Manchester team shows that it is possible to tightly close those nanocapillaries using simple chemical treatments, which makes graphene films even stronger mechanically as well as completely impermeable to everything: gases, liquids or strong chemicals. For example, the researchers demonstrate that glassware or copper plates covered with graphene paint can be used as containers for strongly corrosive acids.
The exceptional barrier properties of graphene paint have already attracted interest from many companies who now collaborate with The University of Manchester on development of new protective and anticorrosion coatings. Dr Yang Su, the first author in this work said: “Graphene paint can be applied to practically any material, independently of whether it’s plastic, metal or even sand. For example, plastic films coated with graphene could be of interest for medical packaging to improve shelf life because they are less permeable to air and water vapour than conventional coatings. In addition, thin layers of graphene paint are optically transparent".
■ Uno strato dallo spessore ridotto di pittura a base di grafene può rendere impermeabile e chimica- mente resistenti i rivestimenti che possono essere utilizzati per imbal- lare e mantenere freschi i prodotti alimentari per un periodo prolungato e proteggere le strutture metalliche dal processo corrosivo come di- mostrato dalle ricerche compiute dall’Università di Manchester.
La superficie del grafene, un fo- glio con lo spessore di un atomo di carbonio, può essere trattato a random con l’ossigeno per creare l’ossido di grafene; una variante del grafene che potrebbe esercitare un impatto significativo sulle industrie chimiche, farmaceutiche e dell’elet- tronica. Applicato come pittura, esso può dare un rivestimento molto resi- stente, non corrosivo per una vasta serie di applicazioni industriali. Le soluzioni a base di ossido di gra- fene possono essere utilizzate per verniciare diverse superfici variabili dal vetro ai metalli per arrivare fino ai mattoni convenzionali. Dopo un semplice trattamento chimico, i ri- vestimenti risultanti si comportano come la grafite in termini di stabilità chimica e termica, ma acquisiscono anche un’alta resistenza meccanica come il grafene, il materiale notoria- mente più resistente di tutti.
Il team condotto dal Dr. Rahul Nair e Sir André Geim, premio Nobel, aveva
già dimostrato che i film multistrato ricavati dall’ossido di grafene sono resistenti all’aria in condizioni di es- siccazione, ma se esposti all’acqua o al suo vapore, agiscono da filtri molecolari consentendo il passaggio delle piccole molecole al di sotto di una certa dimensione. Questi risultati potrebbero avere delle importanti implicazioni ai fini della depurazione dell’acqua.
Questa proprietà contrastante è do- vuta alla struttura del film di ossido di grafene che è costituito da milio- ni di piccole scaglie accatastate a random una sull’altra lasciando però capillari di dimensioni nanometriche fra essi. Le molecole dell’acqua rimangono all’interno di questi na- nocapillari e possono trascinare con sé piccoli atomi e molecole.
Il team dell’Università di Manchester ha dimostrato che è possibile rav- vicinare questi capillari utilizzando semplici trattamenti chimici, ren- dendo i film di grafene ancora più forti dal punto di vista meccanico, ma anche completamente imper- meabili ai gas, liquidi o agli agenti chimici molto aggressivi. Ad esem- pio, i ricercatori hanno dimostrato che gli oggetti di vetro o le lastre di rame rivestiti con pittura a base di grafene possono essere utilizzati come containers per acidi fortemen- te corrosivi. Dr. Yang Su, autore di questo lavoro, ha aggiunto che le pitture a base di grafene possono essere applicate praticamente su ogni materiale, sia esso plastica, metallo o sabbia. Per esempio, i film di plastica rivestiti con il grafe- ne possono essere interessanti per attrezzature medicali e per miglio- rarne la vita utile perché essi sono meno permeabili all’aria e al vapore acqueo rispetto ai rivestimenti con- venzionali. Inoltre, gli strati dallo spessore ridotto di pittura a base di grafene sono trasparenti”.
NOTIZIARIO TECNICO
Graphene paints a corrosion-free future
Pitture a base di grafene per un futuro senza corrosione
58 Pitture e Vernici - European Coatings - Formulation 3 / 2017