Chitosano verde e sostenibile

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13209 (2022) Citare questo articolo

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L’applicazione di rivestimenti anticorrosivi ecologici e sostenibili sta diventando di crescente interesse per la protezione dei materiali metallici in ambienti aggressivi. Qui, una nanopolvere cristallina stabile di chitosano/gomma arabica (CGAC) è stata sintetizzata con successo e caratterizzata da vari metodi. La nanopolvere CGAC con dosi diverse (25, 50, 100 e 200 ppm) è stata utilizzata per rivestire campioni di acciaio dolce ed è stata esaminata la sua capacità anticorrosiva in una soluzione di NaCl al 3,5% in peso utilizzando misurazioni gravimetriche, elettrochimiche e tecniche di caratterizzazione superficiale. Tutti i metodi hanno prodotto risultati coerenti rivelando che i rivestimenti nanocompositi possono conferire buone proprietà anticorrosive al substrato di acciaio. L'efficienza di protezione ottenuta è stata migliorata con l'aumento della dose di CGAC nello strato superficiale applicato raggiungendo il 96,6% per il rivestimento da 200 ppm. Le morfologie superficiali SEM e AFM di campioni non rivestiti e rivestiti dopo l'inondazione nella soluzione salina hanno mostrato che il rivestimento CGAC può bloccare i siti corrosivi attivi sulla superficie dell'acciaio e impedire agli ioni Cl- aggressivi di attaccare il substrato metallico. L’angolo di contatto delle gocce d’acqua ha dato ulteriore supporto poiché è aumentato da 50,7° per la superficie incontaminata non rivestita a 101,2° per quella rivestita. La ricerca attuale dimostra un rivestimento nanocomposito promettente, naturale e affidabile per proteggere le strutture in acciaio dolce nell’ambiente marino.

I rivestimenti ecologici ed efficienti sono tra gli approcci chiave per proteggere l’aspetto, la resistenza, le prestazioni e la funzionalità della maggior parte delle strutture metalliche dagli attacchi dell’ambiente. Pertanto, lo sviluppo di rivestimenti anticorrosivi avanzati, funzionali e intelligenti in molte applicazioni tecnologiche è attualmente uno degli obiettivi principali dell’accademia scientifica. Il chitosano (Ch) è un copolimero lineare comprendente β-(1,4)-2-ammido-2-deossi-D-glucano (glucosamina) e β-(1,4)-2-acetamido-2-deossi-D- glucano (N-acetilglucosamina) che può essere sintetizzato dalla chitina tramite parziale deacetilazione alcalina. La chitina è il secondo polisaccaride più diffuso in natura, dopo la cellulosa, ed è ampiamente distribuito in tutto il mondo, generalmente estratto dai gusci dei crostacei e dall'esoscheletro di molti artropodi. I polisaccaridi rappresentano la categoria più ampia di biopolimeri, derivati ​​principalmente da piante, animali, funghi e batteri1,2. Le caratteristiche dei biopolimeri polisaccaridici sono compatibili con i requisiti mondiali, in particolare nei confronti dell'ambiente3,4,5. A causa della loro origine naturale, questi polimeri naturali sono biodegradabili, non tossici, altamente reattivi con molteplici siti di adsorbimento e un'ampia gamma di specifiche6,7. Quando il chitosano viene sciolto in una soluzione di acido acetico diluito, i gruppi amminici vengono protonati e le cariche positive risultanti conferiscono alla macromolecola tratti simili a quelli del polielettrolita. Biocompatibilità, attività antibatterica, biodegradabilità ed eccezionale capacità di formare film sono solo alcune delle sue caratteristiche fisico-chimiche distintive che hanno attirato l'attenzione di molti ricercatori. Queste interessanti proprietà fisico-chimiche, tra le altre, hanno suscitato interesse scientifico e industriale in una varietà di campi, tra cui la biotecnologia, la farmaceutica, la biomedicina, l'imballaggio, il trattamento delle acque reflue, i cosmetici e la scienza alimentare8,9,10,11,12. Grazie alle sue proprietà uniche, tra cui l'elevata capacità di formare film, l'aderenza superiore alle superfici metalliche e la versatilità associata alla facilità di funzionalizzazione chimica, il chitosano e i suoi compositi possono essere una valida opzione per applicazioni come barriera di rivestimento protettivo contro la corrosione di metalli substrati come per le leghe a base di rame e a base di alluminio13,14. Inoltre, Gebhardt et al.15 hanno caratterizzato il comportamento dei rivestimenti elettroforetici di chitosano sull'acciaio inossidabile in condizioni fisiologiche. Nel frattempo, John et al.16 hanno utilizzato l'approccio del rivestimento sol-gel per immersione per studiare l'inibizione della corrosione dell'acciaio dolce mediante rivestimenti nanocompositi chitosano/TiO2 in soluzioni acide. Allo stesso modo, il chitosano e alcuni dei suoi derivati ​​possono essere utilizzati come inibitori della corrosione dell'acciaio al carbonio17 e dell'acciaio inossidabile18 in NaCl al 3,5%. Tuttavia, i singoli componenti da soli non sono sufficientemente efficaci contro i mezzi corrosivi (acidi, alcalini o neutri) e possono presentare numerosi inconvenienti nell'uso su larga scala, dove la solubilità, così come la stabilità, sarebbero di fondamentale interesse19,20,21 . Di conseguenza, l'uso di compositi polisaccaridi è più richiesto nel settore per ottenere risultati promettenti22,23,24,25.