Korozja samochodów to problem, który jest niemal tak stary jak sama motoryzacja.  Grupa polskich naukowców opracowała jednak nowy rodzaj lakieru podkładowego, który mógłby być dobrym rozwiązaniem dla lakiernictwa samochodowego. O lakierze z grafenem, jego właściwościach i produkcji rozmawiamy z dr inż. Małgorzatą Djas z Grupy Badawczej Grafen i Kompozyty Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki należącego do Sieci Badawczej Łukasiewicz

Agnieszka Wraga-Marciniak: Dlaczego zdecydowali się Państwo na rozpoczęcie prac nad nowym rodzajem lakieru? Jakie były przyczyny rozpoczęcia badań?

dr inż. Małgorzata Djas: Problem korozji wywiera ogromny wpływ ekonomiczny i środowiskowy na praktycznie wszystkie obszary światowej gospodarki. Nie zdajemy sobie sprawy, że roczny koszt skutków korozji na całym świecie szacuje się na 2,5 biliona USD. Powszechność występowania niekorzystnego zjawiska korozji oraz ogromne koszty jakie ponosimy w celu zwalczania jego skutków skłoniły nas do poszukiwania nowych, skutecznych rozwiązań.

Czym wyróżnia się wynaleziony przez Państwa lakier z grafenem?

W opracowanym lakierze, który tworzy warstwę podkładową, po raz pierwszy zastosowano nanododatek w postaci grafenu płatkowego G-Flake, a dokładnie tlenku grafenu. Pionierskie zastosowanie grafenu płatkowego umożliwiło otrzymanie produktu o bardzo dobrych właściwościach antykorozyjnych. Korozja w przypadku próbek stali pokrytych lakierem bez dodatku grafenu występowała w przybliżeniu na 20% powierzchni, natomiast w przypadku próbek z dodatkiem grafenu obejmowała jedynie do 0,5% powierzchni badanej próbki, czyli aż 40 razy mniej. Zastosowanie nanomateriału w postaci grafenu płatkowego G-Flake w nowych systemach powłokowych powoduje nie tylko poprawę ich właściwości antykorozyjnych, ale jednocześnie pozwala ograniczyć lub wyeliminować użycie substancji szkodliwych dla środowiska naturalnego, takich jak chrom. Ze względu na negatywny wpływ chromu na zdrowie ludzi i środowisko naturalne, obecnie jego zastosowanie jest ograniczone. Warto również podkreślić, że badany lakier jest wodorozcieńczalny i cechuje się niewielką zawartością lotnych związków organicznych, dlatego jest niepalny i przyjazny dla środowiska naturalnego. Opracowany lakier podkładowy jest zatem oryginalnym produktem o właściwościach antykorozyjnych, a zarazem ekologicznym. Lakier z dodatkiem tlenku grafenu właśnie uzyskał ochronę patentową Urzędu Patentowego RP.

Jakim testom i próbom został poddany Państwa wynalazek?

Opracowany lakier z grafenem poddano badaniom odporności na działanie czynników korozyjnych, które przeprowadzono w warunkach sprzyjających powstawaniu korozji, a mianowicie w atmosferze obojętnej mgły solnej. Ocenie poddano również wpływ tlenku grafenu na wybrane właściwości strukturalne powłoki, jak również właściwości aplikacyjne lakieru. Analiza strukturalna powłoki z dodatkiem tlenku grafenu wykazała równomierny rozkład grafenu w warstwie wierzchniej oraz brak spękania i łuszczenia. Właściwości aplikacyjne lakieru z dodatkiem tlenku grafenu, takie jak krycie i rozlewność, również nie uległy pogorszeniu. Wszystkie badania produktu przeprowadzono zgodnie z obowiązującymi normami.

Nad wynalazkiem pracowali zapewne specjaliści z różnych dziedzin i specjalizacji – kto konkretnie?

Opracowanie wynalazku wymagało zaangażowania zespołu specjalistów z zakresu inżynierii materiałowej, inżynierii chemicznej, inżynierii powierzchni, ale również z zakresu mikroskopowych metod badania nanostruktur i powierzchni. W pracach nad wynalazkiem brali udział naukowcy z trzech ośrodków badawczych, Łukasiewicz – Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki, Wojskowej Akademii Technicznej oraz Łukasiewicz – Instytutu Mechaniki Precyzyjnej.

Czy jest szansa, aby lakier ten wdrożyć do produkcji seryjnej i zaproponować go np. producentom aut?

Rozpoczynając prace nad wynalazkiem, naszym celem było opracowanie rozwiązania, które znajdzie zastosowanie praktyczne, przyniesie wymierne korzyści dla gospodarki i życia ludzi. Stworzyliśmy unikalny na rynku produkt, który mam nadzieję zainteresuje producentów powłok, w tym również w obszarze przemysłu motoryzacyjnego. Opracowanie składu powłoki z grafenem do konkretnego zastosowania wskazanego przez zainteresowanych producentów może wymagać jeszcze przeprowadzenia badań w szerszym zakresie, ale nie ulega wątpliwości, że dodatek grafenu płatkowego G-Flake ze względu na jego unikalne właściwości fizykochemiczne oraz zwiększoną barierowość, znacząco polepsza właściwości antykorozyjne produktu.

Jakie są koszty wynalezionego przez Państwa lakieru – czy jest on porównywalny z cenami normalnych lakierów czy koszty te są znacznie większe?

Koszt wytworzenia opracowanego lakieru będzie zależał od skali produkcji, w szczególności mam na myśli koszt produkcji grafenu płatkowego. Obecnie ceny grafenu są relatywnie wysokie, a jego dostępność w przemysłowych ilościach jest ograniczona. Natomiast w przypadku komercjalizacji naszego wynalazku, koszt i dostępność grafenu nie będą barierą. Łukasiewicz – IMiF jest producentem grafenu płatkowego G-Flake, sprzedajemy materiał komercyjnie. Mamy kontrolę nad procesem produkcyjnym, która przekłada się na wysoką jakość oraz powtarzalność materiału i została potwierdzona przez krajowych i zagranicznych odbiorców. Obecnie uruchamiana jest linia produkcyjna do wytwarzania grafenu płatkowego w skali przemysłowej. Zwiększenie skali produkcji grafenu znacząco zredukuje koszy wytwarzania materiału, co oczywiście przełoży się na obniżenie kosztu produktu z grafenem, np. lakieru.

Kto finansuje działalność Państwa zespołu – czy są to podmioty prywatne, czy posiadacie dofinansowanie państwowe?

Dotychczasowe badania dotyczące opracowania lakieru z dodatkiem grafenu o właściwościach antykorozyjnych były finansowane ze środków własnych jednostek badawczych biorących udział w projekcie. Dalsze rozwijanie badań w tym zakresie, ale również w szeroko pojętym obszarze aplikacji grafenu płatkowego, wymaga już wsparcia w postaci dofinansowania ze środków państwowych, w ramach projektów badawczych lub przedsiębiorstw sektora prywatnego. Mam tu na myśli również działania z zakresu transferu technologii jako procesu komercjalizacji wiedzy, który umożliwia poprawę innowacyjności i osiągnięcie lepszej pozycji konkurencyjnej firmy. Obecnie w zespole w Łukasiewicz-IMiF prowadzimy pionierskie w skali światowej badania nad zastosowaniem grafenu płatkowego w wielu innych obszarach, takich jak środki smarowe, polimery, powłoki funkcjonalne, jak również medycyna regeneracyjna i magazynowanie energii elektrycznej.