Impulsionar o desenvolvimento de revestimentos sustentáveis, compreendendo os fundamentos de como a tinta funciona
- As tintas são um material crucial, essencial para prolongar a vida útil de produtos, desde carros até turbinas eólicas.
- Para fazer com que as tintas funcionem melhor durante mais tempo, precisamos de compreender como funcionam a partir de uma perspectiva científica fundamental.
- Sustainable Coatings by Rational Design (SusCoRD) é uma parceria acadêmico-indústria que reúne especialistas acadêmicos de todo o norte da Inglaterra para obter esse conhecimento básico, para permitir que a indústria encontre maneiras de criar tintas de maneira diferente
- O objetivo é preparar o caminho para a criação de revestimentos mais sustentáveis que durem mais tempo, proporcionando benefícios económicos ao Reino Unido ao prolongar a vida útil dos produtos que protegem.
Tinta – um material economicamente e ambientalmente crítico
No Reino Unido, mais de 10.000 pessoas trabalham na indústria de revestimentos, que contribui com mais de 11 mil milhões de libras para a economia e apoia os setores da indústria transformadora e da construção, avaliados em cerca de 150 mil milhões de libras.
Os danos causados pela corrosão custam ao Reino Unido 2-3% do seu Produto Nacional Bruto todos os anos (cerca de 60 mil milhões de libras em 2016). Revestimentos protetores, como tintas, ajudam a prevenir a corrosão, mas são complexos de formular, o que significa que o desenvolvimento de novos produtos é lento.
Com uma procura crescente por materiais sustentáveis que prolonguem a vida útil de infraestruturas como as turbinas eólicas, é crucial compreender como funcionam estes revestimentos para colocar no mercado produtos novos, com melhor desempenho e mais sustentáveis.
A experiência em pesquisa de corrosão de Manchester
A AkzoNobel e a Universidade de Manchester estão colaborando para resolver isso por meio de suas pesquisas.
Claudio Di Lullo, Gerente do Centro de Especialização em Proteção de Substratos da AkzoNobel, explica: “Há cerca de 12 anos, estabelecemos uma parceria com a Universidade de Manchester porque reconhecemos que a corrosão é um dos grandes desafios que temos de enfrentar. Fabricamos tintas, desenvolvemos tintas. Entendemos as aplicações práticas e o que é necessário para que ela funcione.
“O que a Universidade traz é a capacidade de caracterizar, analisar e compreender alguns dos mecanismos. Eles podem fazer ciência mais profunda, que é uma parte essencial da compreensão do que está acontecendo. Obtemos novos insights que nos ajudarão a desenvolver a próxima geração de tintas. ”
Compreender os fundamentos de como a pintura funciona
Com base nesta parceria, Manchester e AzkoNobel desenvolveram ‘Sustainable Coatings by Rational Design’ (SusCoRD), uma Parceria de Prosperidade EPSRC interdisciplinar de cinco anos, que reúne uma massa crítica de experiência – abrangendo conhecimento acadêmico das universidades de Manchester, Sheffield e Capacidades do Liverpool – para entender como funciona a pintura.
Pioneira no setor, a parceria procurou combinar uma compreensão científica detalhada dos mecanismos de falha de revestimentos com o aprendizado de máquina de última geração. O objetivo era fornecer uma estrutura para o desenvolvimento de revestimentos protetores e materiais nanocompósitos mais sustentáveis usando design digital. Isto ajudaria a permitir que a indústria substituísse a actual tentativa e erro e testasse materiais novos e sustentáveis, acelerando a formulação de novos produtos.
Unindo ciência da corrosão com aprendizado de máquina
Trabalhando em quatro fluxos de trabalho específicos, as equipes impulsionaram descobertas em duas áreas principais:
análise de caracterização de revestimentos no substrato, no polímero e nas interfaces; e tecnologia digital, especificamente abordagens preditivas, modelação e simulação, com o objetivo de, em última instância, produzir gémeos digitais.
Manchester liderou na proteção contra corrosão, com Sheffield e Liverpool focando em interface de polímero e aprendizado de máquina, respectivamente. Seu trabalho se concentra em:
- Projeto e testes preditivos: Ao realizar uma revisão dos dados históricos de testes de corrosão da AkzoNobel, os pesquisadores conseguiram encontrar as melhores formulações para proteção contra corrosão. Aplicando modelos de aprendizado de máquina, eles conseguiram prever e otimizar essas formulações, criando modelos que poderiam identificar com sucesso combinações novas e eficazes. Para apoiar isso, foram desenvolvidas ferramentas complementares para interpretar automaticamente dados eletroquímicos, melhorando a precisão e a eficiência.
- Polímeros e interfaces: A equipe estudou como pequenas moléculas como água e solventes interagem com superfícies de polímeros, com Manchester liderando em microscopia avançada, para explorar como polímeros e metais se ligam. Os principais resultados incluíram a descoberta de que a ligação metal-polímero tem uma influência muito maior nas medições do que se pensava anteriormente – uma visão crítica no esforço para criar sistemas de revestimento de alto desempenho e ecológicos, com alto teor de sólidos e à base de água.
- Revestimentos e substratos: Usando uma combinação de microscopia eletrônica analítica e tomografia computadorizada de raios X, os pesquisadores conseguiram caracterizar a evolução microestrutural do revestimento em pó de poliéster, revelando diferentes estágios no processo de degradação. Ao identificar e mitigar pontos fracos microestruturais, encontrar maneiras de controlar a microestrutura – que anteriormente reduzia a eficácia dos revestimentos – e compreender as principais propriedades que afetam o desempenho, os pesquisadores obtiveram insights avançados para informar a forma como os revestimentos duráveis são formulados.
- Simulação e modelagem: . Ao criar e estudar modelos digitais, a equipe foi capaz de interrogar resultados experimentais e testar hipóteses quando os experimentos físicos não conseguiram fornecer informações relevantes. Esses modelos criados variaram desde a análise em nível atômico da interface polímero/substrato até a compreensão de como uma falha no revestimento afeta uma célula eletroquímica.
Criando as tintas sustentáveis do futuro
As conclusões do projecto de cinco anos podem agora ser utilizadas para informar pesquisas de maior nível de preparação tecnológica, o que, por sua vez, ajudará a desbloquear formas de produzir tintas mais sustentáveis.
Claudio Di Lullo explica: “Na AkzoNobel, reconhecemos que a nossa tinta contribui para a pegada de carbono e definimos a meta ambiciosa em 2030 de ter uma redução de 50% na pegada de carbono em toda a cadeia de valor.
“Os impactos potenciais deste projeto, para nós, como empresa, são produzir produtos de nova geração com melhor desempenho e mais sustentáveis, e fazê-lo mais rapidamente. O aprendizado de máquina nos dá o ângulo para acelerar o desenvolvimento de nossos novos produtos.”
O professor Stuart Lyon, da Universidade de Manchester acrescenta: “Existem dois aspectos da sustentabilidade. O fabrico da tinta precisa de ser sustentável, mas também os seus materiais precisam de ser sustentáveis. E isso significa essencialmente fazer com que dure mais tempo, por isso não não precisamos repintar ativos como turbinas eólicas, de meia-idade, o que é extremamente caro.
“O trabalho que fizemos até agora envolveu o uso de todas essas ferramentas analíticas para explorar a ciência por trás de como a tinta funciona e para criar oportunidades para fazer tintas de maneira diferente. , utilizando materiais diferentes, que talvez sejam mais sustentáveis - que duram mais, que criam ativos que têm uma vida útil muito maior.”
Para mais informações visite o site do projeto SuSCoRD
Para discutir este projeto mais detalhadamente ou para explorar futuras colaborações, entre em contato com Xiaorong Zhou, professor de Ciência e Engenharia de Corrosão ou Dra. Jane Deakin, gerente de projeto SusCoRD.
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Parcerias de Prosperidade
As Parcerias de Prosperidade são programas de pesquisa colaborativa financiados conjuntamente por empresas e pelo governo do Reino Unido através do Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC) e outros conselhos do UKRI.
As Parcerias de Prosperidade são uma oportunidade para as empresas e os seus parceiros académicos existentes co-criarem e co-realizarem um programa de actividade de investigação liderado pelas empresas, decorrente de uma clara necessidade industrial.
Para explorar uma Parceria de Prosperidade com Manchester, entre em contato com nossa equipe de Business Engagement em [email protected]
Os materiais avançados são um dos faróis de pesquisa da Universidade de Manchester – exemplos de colaboração interdisciplinar e parcerias intersetoriais que levam a descobertas pioneiras e melhoram a vida das pessoas em todo o mundo. Para obter mais informações, acesse a página de materiais avançados da Universidade de Manchester.
