Антикор авто в Москве

Почему появляется коррозия и меры борьбы с ней

Автомобиль эксплуатируется круглогодично – в жару и холод. Летом его «атакует» дождь, зимой – снег, а в межсезонье – снег с дождём. Основными факторами, ускоряющими процесс окисления металла, являются: химические реагенты, повышенная влажность, нечастая мойка автомобиля, сколы и царапины на кузове и пр. чтобы автомобиль прослужил дольше, нужно следить не только за его «технической составляющей». Ведь при отсутствии должного ухода за кузовом, коррозия может «съесть» его всего за несколько лет!

Простейшей мерой профилактики является регулярное мытьё автомобиля, при этом необходимо уделять внимание днищу и колёсным аркам. Потому что они больше всего подвержены коррозии. После мойки автомобиль рекомендуется просушить горячим воздухом, уделив при этом внимание труднодоступным местам. При обнаружении на днище очагов коррозии от них нужно своевременно избавляться, что делается при участии шлифовальной машинки. Также, не стоит забывать про обработку антикоррозийными составами. Если есть желание продлить эффект антикоррозийной защиты на несколько лет и сделать максимальный антикор, то лучше обратиться к профессионалам!

Подготовка к антикоррозийной обработке

Автомобиль устанавливается на подъёмник, после чего производится его частичная разборка. Демонтажу подлежат: колёса, брызговики, подкрылки и прочие защитные элементы. Также, с дренажных отверстий снимаются все заглушки. После этого производится тщательная мойка днища с использованием специальных растворов. Далее, кузов подвергается сушке и продувается сжатым воздухом. Это делается для того, чтобы «выгнать воду» из всех труднодоступных мест. Параллельно с этим мойке подлежат все демонтированные элементы. После просушивания кузов подлежит осмотру с целью определения его состояния.

Обработка антикором днища и колёсных арок

Перед выполнением таких работ обязательно укрываются все детали авто, на которые не должен попасть антикор. Это – датчики, радиатор, электрические разъёмы, отдельные элементы подвески и тормозной системы. Определение точек обработки осуществляется в соответствии со схемой. Если к отдельным скрытым полостям свободный доступ отсутствует, то аккуратно высверливаются технические отверстия (они впоследствии закрываются резиновыми пробками). Причём для этих целей используются особые свёрла. Обработка скрытых полостей производится путём применения МЛ — метода. Его суть заключается в использовании специальных насадок, при помощи которых распыляются под давлением проникающие материалы.

Колёсные арки и нижние швы порогов обрабатываются другим способом. На поверхности наносится износоустойчивое покрытие, которое иногда называют «жидкие подкрылки». В качестве рабочих инструментов могут использоваться: кисти, шпатели, распылители. Антикоррозийные материалы на днище авто наносятся безвоздушным распылением. Примечательно, что днище и колёсные арки могут обрабатываться МЛ-материалами. Это делается перед нанесением долговременных антикоррозийных покрытий, если кузов имеет существенные коррозионные повреждения.

Антикоррозийная обработка скрытых полостей верхней части кузова

Эта процедура проводится реже обработки днища и колёсных арок. Но ведь коррозии подвержены двери, стойки, усилители моторного отсека, багажного отделения, капота. Чтобы выполнить подобную антикоррозийную обработку, нужно из автомобиля убрать всё лишнее, а также укрыть специальными чехлами переднюю панель, сиденья и другие элементы салона. Скрытые полости обрабатываются с применением МЛ — метода, что предполагает использование разных насадок. Если в процессе выполнения этих мероприятий на кузов попали МЛ — материалы, то они удаляются растворителем.

Преимущества антикоррозийной обработки в DOTCARS

• Автомобиль, обработанный антикором с соблюдением технологии – прослужит долго, поскольку он будет надёжно защищён от внешних воздействий.
• Стоимость услуги отличается доступностью.
• Детейлинг-центр DOTCARS использует качественные материалы, способные обеспечить защиту на длительный срок.
• Есть возможность проведения антикоррозийной обработки не только нижней, но и верхней части кузова.
• У нас работают только опытные мастера!

Технология обработки днища авто антикором РАСТ СТОП

Главными «убийцами» кузова транспортного средства являются вода и снег. Особенно уязвимо днище, ведь именно туда в первую очередь летит вся «каша» из-под колес. Предотвратить нарушение герметичности антикоррозионного слоя можно, либо выбирая только чистые или сухие дороги (что, учитывая наши климатические условия, в принципе невыполнимо) либо своевременно ликвидируя малые очаги коррозии для предотвращения дальнейшего проржавения кузова.

Антикоррозионная обработка днища подразумевает нанесение на металл защитного покрытия, существенно замедляя процесс естественной коррозии. В настоящее время широко используются такие типы покрытий:

• мастика на основе смолы;
• специальные химические составы — антикоры.

Последние обеспечивают более продолжительную защиту от проржавения и более удобны в нанесении по сравнению с мастикой. Так, средства последнего поколения, в частности, канадский РАСТ СТОП не требуют превентивной обработки в виде тщательного мытья, просушки, обезжиривания днища, а также зачистки очагов ржавчины щеткой по металлу, для лучшего сцепления. При нанесении на поверхность он проникает во все микротрещины на металле, вытесняя влагу на молекулярном уровне. Благодаря тиксотропной структуре (при взбалтывании гелеобразный состав мгновенно превращается в текучий) не требует разведения и фильтрации.

Этапы обработки днища антикором РАСТ СТОП

1. Повернуть машину на бок для обеспечения доступа ко всем нишам.
2. Провести очистку днища от грязи. Этот этап необходим в случаях, когда на дне в буквальном смысле висят комки, в ином случае мыть и тщательно просушивать его не требуется. Экспериментальным путем доказано: состав эффективно работает на загрязненных, влажных, покрытых слоем старой мастики поверхностях.
3. Изолировать тормозные колодки несколькими слоями полиэтилена.
4. Покрыть всю доступную площадь днища средством. Способ нанесения особой роли не играет — толщина слоя покрытия всегда будет достаточной благодаря особой структуре состава, поэтому смело можно использовать как распылительный пистолет, так и обычную кисть.
5. Удалить полиэтилен с тормозных колодок, вернуть машину в привычное положение.

Время полного формирования полимолекулярного защитного слоя составляет 48 часов. По истечении этого срока автомобиль можно возвращать в эксплуатацию.
Простота нанесения и эффективность действия РАСТ СТОП делает его одним из лидеров ниши антикоррозионных составов. Нет смысла возиться с подготовкой авто и разведением мастики, если есть альтернатива. Заказать оригинальный РАСТ СТОП по демократичным ценам можно у нас.

Категории магазина

Опрос:

Часто задаваемые вопросы по антикору

Специалисты RB Group отвечают на часто задаваемые вопросы по антикоррозийной обработке автомобилей.

Есть ли «антикор» на моей машине?

Любой производитель, в той или иной степени, заботится об обработке автомобиля, некоторые машины имеют высокую степень защиты (качественный металл кузовного листа, покрытие цинком, полимерные покрытия, воски), другие меньшую, но любой специалист в области антикоррозионной защиты скажет, что максимальная защита стального листа обеспечивается цинкованием, качественной окраской и покрытием поверх органическими материалами.

Что входит в полную обработку?

В комплексную обработку входит частичная разборка (колеса, подкрылки, некоторые облицовочные детали), мойка, сушка, обработка скрытых полостей, антикоррозийная обработка днища, колесных арок.

Что делать, если уже имеется ржавчина?

Если не планируется покрытие полимерными составами типа «антигравий», то ржавчину достаточно очистить до состояния, чтобы она не сыпалась и не слоилась, затем грунтуется МЛ составами, а затем желательна обработка невысыхающими мастиками на восковой основе.

Можно ли сделать «антигравий» колесных арок?

Полимерные материалы, «антигравий» подразумевают подготовку поверхности «как под покраску», а подготовить днище, арки машины, бывшей в эксплуатации, крайне трудно. Чаще применяют специализированные материалы для обработки арок — «жидкие подкрылки».

Понизится ли уровень шума после антикор обработки?

Обработка скрытых полостей, днища (материалами для днища) практически никакого эффекта шумоизоляции не дает (толщина пленки очень невысока). Эффект шумоизоляции появляется при нанесении резино-битумных мастик, материалов типа «жидкие подкрылки». Покрытие 2-3 мм. толщиной в той или иной степени снижает вибронагрузки и шум.

Как выглядит машина после обработки?

Машина выглядит чистой, на лакокрасочном покрытии не должно быть следов антикора, потеков и т. д., возможна некоторая «жирность» покрытия на ощупь, которая смоется на любой мойке.

Что означает гарантия на антикоррозионную обработку? Какие условия сохранения гарантии?

Гарантия означает, что в течении гарантийного срока, не должно появиться ни малейших ржавчины, (если ее не было до обработки, что определяется и фиксируется в процессе осмотра), если появляются отслоения, следы ржавчины то это гарантийный случай и повод предъявить претензию. Наши условия сохранения гарантии подробно описаны в гарантийном сертификате.

Нужно ли делать антикор на иномарку?

Зависит от Ваших планов на автомобиль, на иномарке среднего класса, при средних пробегах (20000-30000 км в год) 3-4 года видимых следов ржавчины, как правило, нет. Потом, постепенно, начинают появляться рыжие пятна вдоль швов… до сквозной коррозии обычно проходит еще 2-3 года. Впрочем, все это очень приблизительно.

У Вас остался вопрос по антикоррозийной обработке? Звоните нам, проконсультируем Вас: +7 (495) 234-58-30.

покрытий | Бесплатный полнотекстовый | Получение и антикоррозионные свойства растворимого анилинового тетрамера

Рисунок 1. Синтез ( a ) и фотография ( b ) тетрамера анилина.

Рисунок 1. Синтез ( a ) и фотография ( b ) тетрамера анилина.

Рисунок 2. ИК-Фурье-спектры тетрамера анилина.

Рисунок 2. ИК-Фурье-спектры тетрамера анилина.

Рисунок 3. УФ-видимые спектры тетрамера анилина, измеренные в диметилсульфоксиде (ДМСО).

Рисунок 3. УФ-видимые спектры тетрамера анилина, измеренные в диметилсульфоксиде (ДМСО).

Рисунок 4. Эксперименты по растворимости тетрамера анилина в различных растворителях.

Рисунок 4. Эксперименты по растворимости тетрамера анилина в различных растворителях.

Рисунок 5. СЭМ-фотографии тетрамера анилина при разном увеличении: ( a ) масштабная линейка: 1000 нм; ( b ) масштабная линейка: 500 нм.

Рисунок 5. СЭМ-фотографии тетрамера анилина при разном увеличении: ( a ) масштабная линейка: 1000 нм; ( b ) масштабная линейка: 500 нм.

Рисунок 6. Циклическая вольтамперограмма АТ в 1 М растворе HCl (в качестве рабочего электрода используется стеклоуглеродный электрод, модифицированный тетрамером анилина).

Рисунок 6. Циклическая вольтамперограмма АТ в 1 М растворе HCl (в качестве рабочего электрода используется стеклоуглеродный электрод, модифицированный тетрамером анилина).

Рисунок 7. Коррозионное поведение эпоксидных покрытий, содержащих разное содержание AT, после погружения в 3,5% раствор NaCl в течение разного времени (1: 0,0% AT, 2: 0,1% AT, 3: 0,5% AT, 4: 1,0% AT).

Рисунок 7. Коррозионное поведение эпоксидных покрытий, содержащих разное содержание AT, после погружения в 3,5% раствор NaCl в течение разного времени (1: 0,0% AT, 2: 0,1% AT, 3: 0,5% AT, 4: 1,0% AT).

Рисунок 8. Поляризационные кривые без покрытия ( a ), чистого эпоксидного покрытия ( b ) и эпоксидного покрытия с 1.Стальные электроды Q235 с 0% покрытием AT ( c ) после погружения в 3,5% NaCl на 24 часа.

Рисунок 8. Поляризационные кривые стальных электродов Q235 без покрытия ( a ), чистого эпоксидного покрытия ( b ) и эпоксидного покрытия с 1,0% AT-покрытием ( c ) после погружения в 3,5% NaCl на 24 часа.

Рисунок 9. Графики Найквиста ( a ) и Боде ( b ) эпоксидного покрытия с 0,0% и 1,0% AT, погруженного в 3,5% раствор NaCl через 24 часа.(а) Диаграммы Найквиста эпоксидного покрытия с 0,0% и 1,0% АТ, погруженного в 3,5% раствор NaCl через 24 часа; (b) Графики Боде эпоксидного покрытия с 0,0% и 1,0% AT, погруженного в 3,5% раствор NaCl через 24 часа.

Рисунок 9. Графики Найквиста ( a ) и Боде ( b ) эпоксидного покрытия с 0,0% и 1,0% AT, погруженного в 3,5% раствор NaCl через 24 часа. (а) Диаграммы Найквиста эпоксидного покрытия с 0,0% и 1,0% АТ, погруженного в 3,5% раствор NaCl через 24 часа; (b) Графики Боде эпоксидного покрытия с 0.0% и 1,0% AT погружают в 3,5% раствор NaCl через 24 часа.

Рисунок 10. Эквивалентная схема (R (QR) (QR)) ( a ), используемая для соответствия данным EIS и подобранным данным Найквиста ( b ) из эквивалентной схемы с или без AT.

Рисунок 10. Эквивалентная схема (R (QR) (QR)) ( a ), используемая для соответствия данным EIS и подобранным данным Найквиста ( b ) из эквивалентной схемы с или без AT.

Рисунок 11. Кривые динамического термомеханического анализа (ДМА) эпоксидного покрытия с 0,0% и 1,0% АТ.

Рисунок 11. Кривые динамического термомеханического анализа (ДМА) эпоксидного покрытия с 0,0% и 1,0% АТ.

Таблица 1. Составление эпоксидного покрытия с тетрамером анилина в качестве ингибитора коррозии.

Таблица 1. Составление эпоксидного покрытия с тетрамером анилина в качестве ингибитора коррозии.

Таблица 2. Растворимость тетрамера анилина (АТ) в обычных растворителях.

Таблица 2. Растворимость тетрамера анилина (АТ) в обычных растворителях.

Таблица 3. Параметры подгонки для электрической эквивалентной схемы R (QR) (QR).

Таблица 3. Параметры подгонки для электрической эквивалентной схемы R (QR) (QR).

Таблица 4. Параметр адсорбции АТ на электродах из стали Q235.

Таблица 4. Параметр адсорбции АТ на электродах из стали Q235.

Целью нанесения антикоррозионных покрытий является создание пленки, которая будет обеспечивать защиту и / или украшение наносимой конструкции.Переменные, которые определяют успех любого применения и последующие характеристики:

• Подготовка поверхности

• Толщина пленки системы окраски

• Способы нанесения

• Условия во время нанесения

Как подробно описано в предыдущей главе, важно, чтобы был достигнут хороший стандарт подготовки поверхности, чтобы антикоррозионное покрытие успешно работало в эксплуатации.

Соответствующая толщина пленки необходима для того, чтобы система антикоррозионного покрытия соответствовала ожиданиям и обеспечивала хороший срок службы антикоррозийной защиты и т. Д. Недостаточная толщина приведет к преждевременному выходу из строя. Однако чрезмерное нанесение также может вызвать проблемы, такие как захват растворителя и последующая потеря адгезии, растрескивание покрытия (включая растрескивание грязи) или расщепление грунтовочного покрытия.

В идеале толщина антикоррозионного покрытия должна быть такой, как указано в спецификации, с учетом возможных вариантов практического применения.Толщина влажной пленки (WFT) антикоррозионного покрытия измеряется и может быть преобразована в толщину сухой пленки (DFT) в соответствии с инструкциями производителя покрытия для этого продукта. Измерение толщины влажной пленки может помочь в определении того, какое количество антикоррозионного покрытия необходимо нанести для достижения заданной толщины слоя пленки. Отношение сухой пленки к влажной пленке основано на процентном содержании твердых частиц в используемом антикоррозийном покрытии. В технических паспортах производителей покрытий иногда указываются твердые вещества по весу, а также по объему.

Основная формула с использованием твердых веществ по объему:

Фактическая указанная ТСП будет зависеть от типа наносимой краски и характера краски. поверхность подложки. Чтобы определить, является ли толщина антикоррозионного покрытия приемлемой, производители покрытий разработали рекомендации, такие как правила 80-20 и 90-10. Например, правило 90-10 означает: никакое измерение не может быть ниже 90% указанной ТСП без ремонта, и не более 10% измерений могут находиться в диапазоне 90-100% указанной ТСП без ремонта. предпринято.Цифры будут зависеть от типа наносимого антикоррозионного покрытия и площади покрываемой емкости. На измерения толщины сухой пленки влияет профиль основания, особенно при использовании абразивоструйной очистки. Тонкие пленки (менее 25 мкм) нельзя точно измерить на обработанных струйной очисткой поверхностях с помощью имеющихся в продаже измерителей толщины краски. Измерения DFT на краях и углах неточны из-за методов измерения, используемых этими датчиками.Компании по нанесению покрытий могут посоветовать подходящие методы для этих обстоятельств.

Обычные методы нанесения антикоррозионных покрытий:

• Кисть

• Валик

39

905 Распыление

• Безвоздушное распыление

Нанесение кистью является относительно медленным методом и обычно используется для покрытия небольших сложных или сложных участков или там, где требуется «чистка» работа без избыточного распыления исключает использование распыления.Кисти также используются для нанесения поверхностно-толерантных грунтовок, где хорошее проникновение в ржавые стальные поверхности может быть достигнуто при настойчивости оператора. Щетки — это широко используемый метод «подкраски» покрытий во время эксплуатации.

Важно не «перекрашивать» поверхность, так как это приведет к большим колебаниям толщины пленки, что является неотъемлемой проблемой при нанесении кистью. Также необходимо соблюдать осторожность при нанесении термопластичных покрытий друг на друга, поскольку растворители во влажном верхнем покрытии могут растворять нижнее покрытие.Требуются ровные и легкие мазки кистью, чтобы избежать налипания предыдущего слоя, иначе получится очень грубая отделка. Как правило, невозможно достичь требуемой толщины пленки за то же количество слоев, что и при нанесении аэрозольной краски, и для получения указанной толщины пленки необходимо нанесение нескольких слоев.

Нанесение валиком происходит быстрее, чем кистью на больших плоских поверхностях, таких как пешеходные дорожки и площадки, но это не так хорошо для сложных форм.Трудно контролировать толщину пленки, и хорошее образование пленки обычно достигается путем нанесения нескольких слоев. Правильный выбор роликовой сваи зависит от типа антикоррозионного покрытия, а также шероховатости и неровности покрываемой поверхности и важен для хорошей отделки. Валики можно использовать для нанесения полосового покрытия при определенных обстоятельствах на такие области, как дыры от крыс и вырезы.

Этот метод обычно используется для нанесения однокомпонентных силикатов цинка на большие поверхности.Оборудование относительно простое и недорогое и обычно ограничивается нанесением покрытий с низкой вязкостью. Покрытие под давлением и воздух отдельно подаются в пистолет-распылитель и смешиваются в сопле. Покрытие распыляется, и воздух смешивается с этими каплями, образуя тонкий туман краски, который под давлением воздуха переносится на рабочую поверхность. Важно использовать правильную комбинацию объема воздуха, давления воздуха и потока жидкости, чтобы обеспечить хорошее распыление и пленку покрытия без дефектов.Плохой контроль приводит к чрезмерному распылению и отскоку от дефектов рабочей поверхности покрытия.

Границы | Получение и свойства коррозионно-стойких покрытий из водоразбавляемой полиуретановой модифицированной эпоксидной эмульсии

Введение

Коррозия — это процесс, при котором материалы, особенно металлы (например, углеродистая сталь, оцинкованная сталь и чугун), изнашиваются электрохимическим и химическим воздействием. Металлы имеют анодные и катодные области, а коррозия возникает в результате присутствия кислорода, воды и проводящей среды.Влияние коррозии металла на безопасность эксплуатации и надежность продукции может привести к потере ценных продуктов, серьезным авариям, гибели персонала и остановкам завода, поэтому последствия коррозии металлических конструкций огромны. Нанесение покрытий является наиболее широко используемым методом защиты от коррозии из-за желаемого преимущества замедления проникновения воды, ионов и других коррозионных сред через органическую пленку, а также простоты нанесения.

Большинство существующих антикоррозионных покрытий представляют собой покрытия на основе растворителей.В последнее десятилетие покрытия на водной основе привлекли внимание для защиты металлов, поскольку требования экологических стандартов законодательно устанавливают ограничение на удаление или контроль летучих органических соединений до минимально возможных уровней (Wang et al., 2013; Abdolahi et al., 2014; Yilmaz et al., 2014; Liu et al., 2016; Zhang et al., 2017).

Однако антикоррозионные свойства покрытий на водной основе намного уступают покрытиям на основе растворителей, поскольку гидрофильные группы часто сохраняются в покрытии во время процесса формирования пленки, что снижает способность экрана к диффузии пара и влагостойкость (Ai et al., 2014; Ван З. и др., 2014; Рахман и др., 2015). Таким образом, добавление ингибиторов коррозии или наполнителей необходимо для улучшения коррозионной стойкости покрытий на водной основе, а микро / нано неорганические частицы (т.е. неорганические добавки) часто применяются в качестве ингибиторов коррозии или наполнителей (Hao et al., 2012; Ma et al., 2012b; Cheek et al., 2013; Liang et al., 2013; Suleiman et al., 2014; Das et al., 2017).

Многие неорганические частицы, в состав которых входит графен (Mittal, 2014; Kausar et al., 2016; Qiu et al., 2017; Шахабади и др., 2017; Zhu et al., 2017), нанокомпозит Ni-Fe (Ti, W) C (Хорсанд и др., 2018), нано-ZnO (Dhoke, Khanna, 2009; Rasool et al., 2018), SiO ₂ ( Khademian et al., 2015; Wang N. et al., 2016), TiO ₂ (Montesinos et al., 2015; Wang N. et al., 2016), Al (Deflorian et al., 2011), Al ₂ O ₃ (Chen et al., 2014), Ag (Rahman, 2017), слюдяной оксид железа (Kakaei et al., 2013) и углеродные нанотрубки (Zhuo et al., 2016) были исследованы исследователи, и результаты показывают, что коррозионная стойкость композитных покрытий значительно улучшилась.

Композитное покрытие состоит из органических полимеров и неорганических добавок. Полимеры действуют как матрица и удерживают неорганические добавки. Полимеры на водной основе используются из-за их популярности в составах покрытий, включая акрил (Singh et al., 2017), полиуретан (PU) (Alagi et al., 2017), алкид (Pathan and Ahmad, 2013), эпоксидная смола (Cao et al., 2015), полиэстер (Kumar et al., 2017) и их комбинации из-за их дополнительных характеристик.

Органические и неорганические гибридные покрытия на водной основе будут тенденцией развития в будущем (Boubakri et al., 2010; Хуанг и др., 2012). Однако из-за добавления неорганических добавок определенные свойства (например, прозрачность и т. Д.) Композиционных покрытий, очевидно, снижаются, и применение покрытий ограничено в некоторых специальных областях, где требуется высокая прозрачность и отображение естественных цветов. подложка, покрытая покрытиями. Следовательно, необходимы исследования и разработка коррозионно-стойких покрытий без неорганических добавок.

Среди различных полимеров на водной основе, используемых в покрытиях, полиуретан известен своей превосходной прочностью и устойчивостью, главным образом, к химическому и термическому разложению, ультрафиолетовому (УФ) излучению, царапинам и гидрофобности (Boubakri et al., 2010; Хуанг и др., 2012; Ma et al., 2013; Мохаммад и Хан, 2015; Каусар, 2016).

Эпоксидные смолы, благодаря своим превосходным химическим свойствам, коррозионной стойкости, отличным адгезионным свойствам, низкой усадке и низкой цене, широко используются в различных покрытиях. Кроме того, свойства отвержденного эпоксидного покрытия зависят от отвердителя и процесса отверждения, и эти свойства можно широко регулировать (Muhammad et al., 2014; Pradhan et al., 2016; Kumar et al., 2017). Однако из-за плохой долговечности эпоксидных смол на открытом воздухе гибриды акрила и полиуретана находят все более широкое применение.

При воздействии агрессивных сред стабильность металла или сплава зависит от защитных свойств образующихся поверхностных покрытий. Химический состав, проводимость, адгезия, растворимость, гигроскопичность и морфологические характеристики определяют способность пленки действовать как антикоррозионный барьер (Stratmant et al., 1983). Если полиуретановые и эпоксидные сегменты синтезируются в молекуле полимера, свойства (т.е. химический состав, адгезия, гигроскопичность и морфологические характеристики) смол можно широко регулировать.Следовательно, коррозионная стойкость полимера может быть улучшена.

В этом исследовании была приготовлена ​​и охарактеризована эмульсия эпоксидной смолы, модифицированной полиуретаном (WPUME) на водной основе, и эта эмульсия показала хорошие свойства коррозионной стойкости.

Материалы и методы

Материалы

Эпоксидная смола (Е-44) была куплена у Lanxing Advanced Material Co. (Уси, Китай). Изофорондиизоцианат (IPDI), диметилолмасляная кислота (DMBA), триэтиламин (TEA), ацетон, бутанон и полиэтиленгликоль 2000 (PEG-2000) были приобретены у Kelong Co.(Чэнду, Китай). Катализатор с оловоорганическим веществом (т.е. дилаурат дибутилолова) в качестве основного активного ингредиента, названный DY-20, был продуктом компании Deyin Chemical Co. (Шанхай, Китай). Отвердитель на водной основе с модифицированным первичным амином в качестве основного активного ингредиента, названный GCA 02, был куплен у BASF Co. Эквивалент активного водорода GC 02 составляет 320. Все материалы были аналитической чистоты, кроме эпоксидной смолы, отвердителя и DY-20. IPDI, DMBA и PEG-2000 сушили в вакуумной печи (100 ° C) в течение не менее 5 часов перед экспериментом, а другие материалы наносили в том виде, в котором они были получены, без дополнительной обработки.

Приготовление эпоксидной эмульсии, модифицированной полиуретаном

Эпоксидная эмульсия, модифицированная полиуретаном, была синтезирована реакцией с использованием IPDI, PEG, DMBA, эпоксидной смолы и TEA. В четырехгорлой круглодонной колбе 5 г ДМБА растворяли в 10 г ацетона и колбу снабжали термометром, мешалкой, впускным отверстием для сухого азота, конденсатором и тепловой рубашкой. Затем при умеренном перемешивании (300 об / мин) медленно добавляли 15 г IPDI и 5 г ацетона, и смеси давали возможность реагировать при 70 ° C до достижения теоретического содержания NCO.Изменение содержания NCO во время реакции определяли с использованием стандартного метода обратного титрования дибутиламина (David and Staley, 1969). Когда было получено теоретическое значение NCO, реагент нагревали до 90 ° C, добавляли раствор (т.е. 41,8 г эпоксидной смолы, 37,1 г PEG-2000, 0,3 г DY-20 и 40 г ацетона) и перемешивали при 300 об / мин в течение 2,5 ч при поддержании температуры 90 ° С. Затем реагент охлаждали до 40 ° C, медленно добавляли 3,5 г TEA и перемешивали в течение 30 минут, поддерживая температуру на уровне 40 ° C.После реакции в колбу добавляли 120 г деионизированной воды при быстром перемешивании (800 об / мин) при комнатной температуре в течение 15 минут. Наконец, ацетон удаляли под вакуумом с получением эмульсии смолы WPUME. Молекула WPUME содержала гидрофильные группы (т.е. карбоксилатную группу и эфирную связь) и эпоксидную группу, поэтому она могла самоэмульгироваться (т.е. в зависимости от карбоксильной группы и эфирной связи) в воде с образованием стабильной эмульсии. Эмульсия затвердела до стабильной пленки в зависимости от реакции между эпоксидной группой и аминогруппой в GC 02.Схема процесса приготовления WPUME показана на схеме 1, а основные функциональные группы обведены кружком.

Схема 1 . Процесс приготовления молекулы WPUME. (A) Взаимодействие IPDI и DMBA. (B) Реакция форполимера, эпоксидной смолы и ПЭГ-2000. (C) Взаимодействие карбоновой кислоты и TEA.

Приготовление затвердевшей и чистой пленки WPUME

Примерно 100 г эмульсии WPUME хорошо перемешали с 7.5 г отвердителя (т.е. GCA 02), и смесь разливали на несколько листов белой жести размером 8 × 15 см. Процесс отверждения осуществляли при 120 ° C в течение 15 минут, а затем при 140 ° C в течение 15 минут для образования пленки. Другая поверхность листа белой жести была отлита для образования дополнительной литой пленки. Спиральным микрометром измерялась полученная толщина пленки 15–25 мкм. Реакция отверждения произошла между эпоксидной группой в молекуле WPUME и аминогруппой в GC 02, и реакция показана на схеме 2.

Схема 2 .Реакция отверждения между WPUME и отвердителем GC 02.

Когда была приготовлена ​​первоначальная пленка, к эмульсии не добавляли отвердитель, и все другие процедуры были такими же, как и в методе приготовления отвержденной пленки.

Водонепроницаемость

Тест на водонепроницаемость характеризовался степенью водопоглощения и определялся методом взвешивания следующим образом (Ma et al., 2012a). Образцы отвержденной пленки WPUME разрезали на кусочки размером 3 см × 3 см и сушили в вакуумной печи при 60 ° C в течение 24 часов для определения их сухой массы (W _d ).Затем пленку погружали в дистиллированную воду на 72 часа, после чего вытирали воду с поверхности куском фильтровальной бумаги для определения ее веса (W _t ). Затем рассчитывали степень водопоглощения (W%) по формуле (1).

Стабильность эмульсии

Стабильность при хранении

Образец эмульсии помещали в закрытый стеклянный флакон объемом 50 мл и помещали в печь на 20 ч при 50 ± 2 ° C. Затем бутылку вынули из печи и поместили при комнатной температуре (т.е., 23 ± 2 ° C) в течение 3 ч. Если эмульсия не расслаивалась, стабильность была хорошей.

Устойчивость к замораживанию и оттаиванию

Образец эмульсии замораживали при -10 ° C и помещали при комнатной температуре (т.е. 23 ± 2 ° C) на некоторое время, пока замороженная эмульсия не разморозилась. Если образец не был расслоен, процесс циклов замораживания-оттаивания продолжался до тех пор, пока не было выполнено пять циклов для завершения теста стабильности при замораживании и оттаивании.

Стабильность при центрифугировании

Образец эмульсии центрифугировали при 5000 об / мин в течение 5 мин на центрифуге (TGK-16, Xiangyi Co., Китай). Если эмульсия не расслаивалась, стабильность была хорошей.

Определение характеристик

FTIR

с преобразованием Фурье (FTIR) исходного и отвержденного образца пленки были записаны соответственно в диапазоне 400–4000 см ^–1 с использованием FTIR-спектрометра (VERTEX 70, BRUKER Co., Германия) на диске из KBr при температуре разрешение 4 см ⁻¹ на 32 сканирования.

Твердое содержимое

Образец эмульсии весом 2 г взвешивали точно, чтобы получить вес W ₁ , а затем эмульсию сушили до постоянного веса, чтобы получить вес W ₂ , и содержание твердого вещества (sc%) составляло рассчитывается по формуле (2).

Размер частиц и дисперсия эмульсии

Оборудование для лазерного рассеяния (Autosizer, Melvern Co., UK) использовали для определения размера частиц и дисперсии. Образец сначала разбавляли дистиллированной водой до 0,5%, а затем обрабатывали ультразвуковыми волнами для гомогенизации эмульсии.

Микроскопическое наблюдение

Наблюдение под микроскопом проводили на просвечивающем электронном микроскопе (ТЕМ, JEM-200CX, Japan Electronics Co., Япония) на 120 кВ. Чтобы увидеть морфологию, первоначальную пленку слили с подложек из слюды в дистиллированную воду и собрали на решетках ПЭМ.

Термогравиметрический анализ

Термогравиметрический анализ (ТГА) проводили на термоанализаторе (STA 449 F3, NETZSCH Co., Германия). Прибор TGA был откалиброван с оксалатом кальция от 30 до 500 ° C при скорости нагрева 10 ° C / мин в статической атмосфере азота.

Электрохимические измерения

Электрохимические измерения отвержденных и нетронутых пленок WPUME на белой жести (покрытие было отполировано наждачной бумагой перед нанесением покрытия) проводили с использованием потенциостата ParStat 2273 (Ametec, Бервин, Пенсильвания, США).Применена классическая трехэлектродная система. Образцы, насыщенный каломельный электрод (SCE) и платиновая пластина, использовали в качестве рабочего электрода, электрода сравнения и вспомогательного электрода соответственно. Поляризационные кривые были получены на экспонированной площади 1 см ² при постоянной скорости развертки напряжения 0,5 мВ с ^-1 после начальной задержки 300 с. Испытание на погружение проводилось в соответствии с GB 10124-88, Китай (GB 10124-88, 2008). Электрохимические измерения проводили в растворе NaCl 3.5%.

Испытание в солевом тумане

Испытание в солевом тумане проводили в боксе для испытания на коррозию в солевом тумане YW / R-150 (Тяньцзинь, Китай) на листах белой жести с отвержденным образцом WPUME для имитации коррозии окружающей среды в соответствии с ASTM B117-09 (испытание в естественном солевом тумане).

Тест на гибкость

Эмульсия WPUME была отверждена на белой жести, и гибкость образцов была испытана в соответствии с ASTM 4145-2010 (гибкость покрытия).

Результаты и обсуждение

Химическая характеристика

Исследование FTIR-спектроскопии было выполнено для структурного сравнения между отвержденными и первичными пленками, которые были приготовлены с помощью эмульсии WPUME (рис. 1).В общем, не было серьезных структурных различий между спектрами затвердевшей и чистой пленки.

Рисунок 1 . Инфракрасные спектры с преобразованием Фурье исходной и отвержденной пленки, приготовленной на основе эмульсии WPUME.

FTIR-спектр для исходной пленки показал полосу поглощения при 3,406 см ^-1 и пики поглощения при 1,718 и 1250 см ^-1 , соответствующие характеристическому поглощению NH, C = O и CO в -NH- COO- соответственно.Не было обнаружено пика поглощения при 2270 см ^-1 (т.е. пик поглощения -NCO), что означает, что -NCO почти полностью реагирует с -ОН в реагенте. Анализ этих спектров показывает пики поглощения при 1400 и 1107 см ^-1 , которые можно отнести к характеристическому поглощению -ОН в первичном спирте и эфирной связи, соответственно. Это означает, что в сегменте полимерной цепи индуцируется ПЭГ, и остается некоторое количество первичного спирта. Результаты характеристического пика при 955 см ^-1 являются результатом поглощения -COOH, что означает, что DMBA реагирует с другими материалами, и -COOH индуцируется в сегменте полимерной цепи.Гидрофильные группы (т.е. эфирная связь и карбоксил) в молекуле WPUME придают эмульсии хорошую стабильность. Характерные пики поглощения эпоксидной группы при 913 и 830 см ^-1 легко найти в исходном образце пленки, что означает, что эпоксидная группа сохраняется и может привести к реакции отверждения позже. Эти FTIR-спектры показывают, что реакция синтеза между DMBA, IPDI, PEG и эпоксидной смолой для синтеза WPUME может происходить в соответствии со схемой 1.

Что касается спектра образца отвержденной пленки на рисунке 1, пик поглощения эпоксидной группы, первичного гидроксила и -COOH при 913, 1400 и 955 см ^-1 , соответственно, исчезает, и появляется новое поглощение. банк третичной аминогруппы при 1,125 см ^-1 , что означает отвердитель (т.е.например, модифицированный амин) может реагировать с кислородной группой, а эпоксидная группа может реагировать с активным амином, так что может образовываться аминогруппа. Исчезновение эпоксидной группы, первичного гидроксила и -COOH означает, что реакция отверждения проводится тщательно, и отвержденная пленка может иметь хорошие свойства коррозионной стойкости, низкой скорости водопоглощения и хорошей термостойкости; следовательно, свойства хорошо согласуются с результатами более поздних исследований.

Твердое содержание

Содержание твердого вещества в эмульсии, приготовленной обычным способом, составляло 44.5%, что хорошо соответствует теоретическому значению (т.е. 46%). Разницу можно объяснить улетучиванием материалов в реакции.

Водонепроницаемость

Прозрачные образцы исходных и отвержденных пленок были погружены в дистиллированную воду для определения их водостойкости. Прозрачная нетронутая пленка WPUME стала белой, а затем непрозрачной после того, как ее погрузили в дистиллированную воду примерно на 30 минут при комнатной температуре, и она постепенно распалась на мелкие кусочки в течение примерно 2 часов.Однако отвержденная пленка WPUME не претерпела видимых изменений даже после того, как она была погружена в дистиллированную воду на 72 часа при комнатной температуре. Средняя степень водопоглощения составила 2,8%, что было рассчитано по формуле (1). Низкая степень водопоглощения показывает, что отвержденная пленка не чувствительна к воде и обладает хорошей водостойкостью.

Размер частиц и дисперсия эмульсии

На рис. 2 показаны размер частиц и дисперсия WPUME. Видно, что средний размер частиц эмульсии составляет 102.82 нм, и это хорошо согласуется с ПЭМ. Небольшой размер частиц эмульсии обеспечивает хорошую стабильность эмульсии.

Рисунок 2 . Размер частиц и дисперсия образца эмульсии.

Стабильность

Эмульсия WPUME показывает хорошую стабильность (т.е. стабильность при хранении, стабильность при замораживании и оттаивании, стабильность при центрифугировании). Стабильность может быть объяснена введением гидрофильных групп в полимерную цепь WPUME и малым размером частиц эмульсии.

Микроскопическое наблюдение

Типичные ПЭМ-изображения частиц эмульсии WPUME показаны на рисунке 3. Было обнаружено, что частицы имеют правильную сферическую форму с диаметром 100–200 нм и некоторые регулярные границы. Морфология частиц является приблизительной структурой ядро-оболочка, в которой гидрофильные группы (то есть карбоксильная группа и эфирная связь) составляют оболочку, а гидрофобный компонент составляет ядро. Инкапсулированный гидрофильной группой исходный гидрофобный сегмент полимерной цепи диспергирован в воде.Структура ядро-оболочка кажется более заметной, когда частицы увеличиваются до больших размеров, как показано на рисунке 3b.

Рисунок 3 . ПЭМ-изображения образцов эмульсии с разным увеличением (т. Е. 2500 × в a и 5000 × в b ).

Термогравиметрический анализ

исходных и отвержденных образцов пленки WPUME показаны на рисунке 4. Температуры соответствуют потере веса 5, 10, 20, 50 и 80%, которые перечислены в таблице 1.

Рисунок 4 . TGA отверждает нетронутые и затвердевшие пленки WPUME.

Таблица 1 . Данные о тепловых потерях для образцов WPUME.

Основная потеря массы образцов вызвана термическим разложением сегмента молекулы полимера. При добавлении отвердителя образец отвержденной пленки WPUME демонстрирует лучшее термическое сопротивление, чем исходный образец. Для типичных образцов температура, соответствующая потере веса 5% для исходной и отвержденной пленки, составляет 270 и 335 ° C, соответственно, что на 65 ° C выше для образца отвержденной пленки, чем для исходной пленки.Отверждение и сшивание полимерных цепей ограничивают свободное движение полимеров (Charles and Carraher, 2007), поэтому отвержденная пленка WPUME показывает лучшую термостойкость. Лучшее термическое сопротивление указывает на то, что полимерные цепи образца WPUME сшиты и эффективно отверждаются. Отвержденная пленка WPUME может иметь относительно более высокие свойства коррозионной стойкости, что подтверждается в следующем разделе.

Электрохимические измерения

Поляризационные кривые отвержденных и чистых пленок на полированной белой жести показаны на рисунке 5.На рисунке 5 можно увидеть, что скорость выделения водорода на катодной стороне и скорость растворения металла на анодной стороне значительно уменьшаются по мере того, как отвержденная пленка наносится на подложку, по сравнению с исходной пленкой. Кроме того, анодные стороны двух кривых также различны. Анодная сторона образца с чистой пленкой намного более гладкая, чем у затвердевшего. На кривой образца отвержденной пленки плотность тока коррозии (J) увеличивается гораздо медленнее с увеличением анодного потенциала в области пассивной тенденции.Плотность тока коррозии образца, покрытого отвержденной пленкой, составляет 0,002551 мкА · см ^-2 , что намного ниже, чем у образца, покрытого чистой пленкой (1,905 мкА · см ^-2 ). Результат показывает, что белая жесть с застывшей пленкой на ней может значительно улучшить коррозионную стойкость подложки по сравнению с нетронутой.

Рисунок 5 . Кривые поляризации отвержденных и первозданных пленок, нанесенных на полированную жесть.

Испытание солевым туманом

На рис. 6 показаны фотографии образца WPUME, отвержденного на листах белой жести после разного времени выдержки (0, 30, 60 и 65 дней) в камере с нейтральным солевым туманом, соответственно.

Рисунок 6 . Образцы, подвергнутые испытанию на коррозию в солевом тумане, через 0, 30, 60 и 65 дней.

Перед испытаниями в солевом тумане коррозии не наблюдалось. Изображения на Рисунке 6 после 30, 60 и 65 дней воздействия показывают наличие коррозионной активности. Возле царапин на образцах наблюдается желтая ржавчина и образование пузырей на покрытии, что означает коррозионное воздействие. Однако на изображении образца после 30 дней воздействия не видно пузырей, и нет никаких доказательств явного локализованного коррозионного воздействия.Вздутие на покрытии диаметром около 1 мм и более 1 мм наблюдается возле царапин на образце после 60 и 65 дней воздействия соответственно, что указывает на хорошие антикоррозионные свойства покрытия WPUME, полученного в ходе исследования. Однако некоторые предыдущие покрытия на водной основе могут выдерживать испытание нейтральным солевым туманом около 480 часов (Wang et al., 2014), 720 часов (Li et al., 2018), 600 часов (Wang N. et al., 2016) и За 288 ч (Zhang et al., 2019) и т. Д. До появления локальной коррозии, которые намного короче, чем образцы, приготовленные в этом исследовании.

Тест на гибкость

Гибкость подготовленного покрытия изгибается до диаметра 2 мм, что является наивысшей гибкостью по ASTM 4145-2010.

Выводы

Эмульсия WPUME была успешно приготовлена ​​с помощью реакции эпоксидной смолы (E-44), IPDI, DMBA, оловоорганического катализатора и PEG-2000, и отвердитель для образования антикоррозионного покрытия мог отверждать эмульсию. Покрытие обладает хорошей гибкостью (то есть может изгибаться до диаметра 2 мм) и свойствами коррозионной стойкости (т.е.е., может выдержать испытание на коррозию в соляном тумане в течение примерно 60 дней на листах белой жести). Покрытие имеет множество потенциальных применений в некоторых специальных областях, требующих высокой гибкости и устойчивости к коррозии.

Доступность данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой рукописи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок любому квалифицированному исследователю.

Авторские взносы

Все перечисленные авторы внесли существенный, прямой и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее к публикации.

Финансирование

Эта работа финансировалась Сычуаньской программой науки и технологий (№ 2019JDTD0024 и № 2019ZHCG0048), проектом военной и гражданской интеграции провинции Сычуань (№ zyf-2018-089), Программой науки и технологий Ибинь (№ . 2018YG05 и № 2017YG02), проект Chunhui Министерства образования Китая (№ Z2017066), Фонд научных исследований Департамента образования провинции Сычуань, Китай (№ 18ZA0445), и программа ученых Сихуа Университета Сихуа.

Заявление о конфликте интересов

JM работал в компании North Sichuan Nitrocellulose Co., Ltd.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Абдолахи, Э., Ибрагим, З., и Хашим, С. (2014). Применение экологически чистых покрытий для предотвращения микробиологической коррозии (MIC) стали: обзор. Polym. Ред. 54, 702–745. DOI: 10.1080 / 15583724.2014.946188

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ай, Л., Лю, Ю., Чжан, X., Оуян, X., и Ге, З. (2014). Простой и безшаблонный метод получения микросфер политиофена и их диспергирования для покрытий для защиты от коррозии на водной основе. Synth. Встретились. 191, 41–46. DOI: 10.1016 / j.synthmet.2014.02.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Алаги, П., Горпаде, Р., Чой, Ю., Патил, У., Ким, И., Байк, Дж., И др. (2017). Полиолы на основе диоксида углерода как экологически чистое сырье для термопластичного полиуретана для коррозионно-стойких металлических покрытий. ACS Sustain. Chem. Англ. 5, 3871–3881. DOI: 10.1021 / acssuschemeng.6b03046

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бубакри А., Гермази Н., Эллух К. и Айеди Х. (2010). Исследование УФ-старения термопластичного полиуретанового материала. Мат. Sci. Англ. А 527, 1649–1654.DOI: 10.1016 / j.msea.2010.01.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цао, М., Ван, Х., Цай, Р., Ге, К., Цзян, С., Чжай, Л. и др. (2015). Приготовление и свойства водно-изоляционного лака на основе модифицированного эпоксидной смолой вольфрамового масла. J. Appl. Polym. Sci. 132: 42755. DOI: 10.1002 / app.42755

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чарльз Э. и Каррахер Дж. (2007). Химия полимеров Сеймура / Каррахера . 7-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Марсель Деккер Пресс.

Google Scholar

Чик, Дж., Стил, А., Байер, И., и Лот, Э. (2013). Устойчивость к водному насыщению и электролитическая функциональность для супергидрофобных нанокомпозитов. Colloid Polym. Sci. 291, 2013–2016. DOI: 10.1007 / s00396-013-2933-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, Х., Юань, Дж., Хуанг, Дж., Рен, К., Лю, Ю., Лу, С. и др. (2014). Крупномасштабное производство супергидрофобных покрытий полиуретан / нано-Al2O3 путем распыления пламени суспензии для антикоррозионных применений. Заявл. Серфинг. Sci. 311, 864–869. DOI: 10.1016 / j.apsusc.2014.05.186

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дас, С., Панди, П., Моханти, С., и Наяк, С. (2017). Взгляд на полиуретан и нанокомпозиты на основе касторового масла: последние тенденции и разработки. Polym. Пласт. Technol. 56, 1556–1585. DOI: 10.1080 / 03602559.2017.1280685

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэвид Д. Дж. И Стейли Х. Б. (1969). «Серия высокополимеров», в Analytical Chemistry of Polyurethanes , Vol.16 (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Wiley Interscience Press, 45–46.

Дефлориан Ф., Росси С. и Федел М. (2011). Алюминиевые компоненты для морского применения защищены от коррозии за счет циклов органического покрытия с низким воздействием на окружающую среду. Коррос. Англ. Sci. Technol. 46, 237–244. DOI: 10.1179 / 147842209X12489567719545

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дхок, С., и Кханна, А. (2009). Исследование электрохимического поведения покрытий на водной основе, модифицированных нано-ZnO на алкидной основе. J. Appl. Polym. Sci. 113, 2232–2237. DOI: 10.1002 / app.30276

CrossRef Полный текст | Google Scholar

ГБ 10124-88 (2008). Стандартная практика лабораторных испытаний металлов на коррозию погружением. Пекин: Управление по стандартизации Китайской Народной Республики.

Хао Ю., Лю Ф. и Хань Э. (2012). Механические и барьерные свойства композитных покрытий на основе эпоксидной смолы и ультракоротких стекловолокон. J. Mater. Sci. Technol. 28, 1077–1084.DOI: 10.1016 / S1005-0302 (12) 60176-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуанг, Т., Ван, Ю., Се, К., и Лин, Дж. (2012). Дисперсия на молекулярном уровне гибридов фосфазен-глина в полиуретане и синергетическое влияние на термическую и УФ-стойкость. Полимер 53, 4060–4068. DOI: 10.1016 / j.polymer.2012.07.049

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Какаи, М., Данаи, И., и Заарей, Д. (2013). Исследование защиты от коррозии неорганических антикоррозионных покрытий, содержащих слюдяной оксид железа и цинковую пыль. Коррос. Англ. Sci. Technol. 48, 194–198. DOI: 10.1179 / 1743278212Y.0000000060

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Каусар А. (2016). Композитные пленки полиамид / фуллерен на водной основе с полиуретановым покрытием: механические, термические свойства и воспламеняемость. Внутр. J. Polym. Анальный. Charact. 21, 275–285. DOI: 10.1080 / 1023666X.2016.1147729

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Каусар А., Рафик И., Анвар З. и Мухаммад Б.(2016). Перспективы композита эпоксидная смола / оксид графена: особенности и технические применения. Polym. Пласт. Technol. 55, 704–722. DOI: 10.1080 / 03602559.2015.1098700

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хадемян М., Эйсазаде Х., Шакери А. и Горбани М. (2015). Влияние эмульсионного нанокомпозита HPC-PANI / SiO ₂ в поли (винилацетате) на коррозионностойкие покрытия. Polym. Пласт. Technol. 54, 1051–1056. DOI: 10.1080 / 03602559.2014.986801

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хорсанд, С., Карбаси, М., Сайедан, Ф., Эшагян, М., и Разави, М. (2018). Разработка электроосажденных нанокомпозитных покрытий Ni-Fe (Ti, W) C. Surf. Англ. 34, 433–439. DOI: 10.1080 / 02670844.2017.1370880

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кумар С., Кришнан С., Самал С., Моханти С. и Наяк С. (2017). Итаконовая кислота, используемая в качестве универсального строительного блока для синтеза смол и сложных полиэфиров на основе возобновляемых ресурсов, на будущее: обзор. Polym. Int. 66, 1349–1363. DOI: 10.1002 / pi.5399

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Дж., Ли, X., Чжу, К., Ван, Х. и Фэй, Г. (2018). Усиление фосфорилированного оксида графена на антикоррозионных свойствах покрытий на водной основе акрилат – эпоксидная смола. J. Macromol. Sci. А 55, 649–657. DOI: 10.1080 / 10601325.2018.1504611

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лян, Ю., Лю, Ф., Не, М., Чжао, С., Лин, Дж., и Хан, Э. (2013). Влияние нано-Al концентрируется на коррозионной стойкости эпоксидных покрытий. J. Mater. Sci. Technol. 29, 353–358. DOI: 10.1016 / j.jmst.2013.01.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю С., Гу Л., Чжао Х., Чен Дж. И Ю Х. (2016). Коррозионная стойкость водорастворимых эпоксидных покрытий, армированных графеном. J. Mater. Sci. Technol. 32, 425–431. DOI: 10.1016 / j.jmst.2015.12.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

млн лет назад, C., Сюй, Л., Сюй, В., и Чжан, Г. (2013). Разлагаемый полиуретан для защиты от биообрастания в морской среде. J. Mater. Chem. B 1, 3099–3106. DOI: 10.1039 / c3tb20454e

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ма, С., Сонг, Г., и Фэн, Н. (2012a). Приготовление и характеристика самоэмульгированной нитроцеллюлозы на водной основе. Carbohydr. Polym. 89, 36–40. DOI: 10.1016 / j.carbpol.2012.02.029

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

млн лет назад, S., Сун, Г., Фэн, Н., Чжао, П. (2012b). Защита низкоуглеродистой стали от коррозии с помощью нановолоконных покрытий на основе полианилина. J. Appl. Polym. Sci. 125, 1601–1605. DOI: 10.1002 / app.35643

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миттал В. (2014). Функциональные полимерные нанокомпозиты с графеном: обзор. Macromol. Матер. Англ. 299, 906–931. DOI: 10.1002 / mame.201300394

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мохаммад, М., и Хан, Д.(2015). Композитный полиуретан / масляная зола на водной основе: новый экологически чистый материал покрытия. J. Adhes. Sci. Technol. 29, 2709–2718. DOI: 10.1080 / 01694243.2015.1087252

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Монтесинос Р., Рейносо Р., Альварес Ф. и Васкес К. (2015). Оценка новых покрытий на водной основе, полученных из композитных латексных частиц и армированных нанотрубками TiO ₂ . Polym. Пласт. Technol. 54, 730–740.DOI: 10.1080 / 03602559.2014.974273

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мухаммад Р., Мохаммад Д. и Саидатул С. (2014). Разработка полимеров на основе растительных масел. J. Appl. Polym. Sci. 131, 1–13. DOI: 10.1002 / app.40787

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Патан, С., и Ахмад, С. (2013). Алкид на водной основе, модифицированный с-триазиновым кольцом: синтез, характеристика, антибактериальные и электрохимические исследования коррозии. ACS Sustain.Chem. Англ. 1, 1246–1257. DOI: 10.1021 / sc4001077

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Прадхан, С., Панди, П., Моханти, С., и Наяк, С. (2016). Понимание химического состава эпоксидной смолы и ее отверждения для нанесения покрытий: подробное исследование и перспективы на будущее. Polym. Пласт. Technol. 55, 862–877. DOI: 10.1080 / 03602559.2015.1103269

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цю, С., Ли, В., Чжэн, В., Чжао, Х., и Ван, Л.(2017). Синергетический эффект интеркалированного полипирролом графена для усиления защиты от коррозии водного покрытия в 3,5% растворе NaCl. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 9, 34294–34304. DOI: 10.1021 / acsami.7b08325

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рахман, М. (2017). Улучшение антимикробных и барьерных свойств полиуретана на водной основе, содержащего наночастицы гидроксиапатита и серебра. J. Adhes. Sci. Technol. 31, 613–626.DOI: 10.1080 / 01694243.2016.1228744

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рахман, О., Кашиф, М., и Ахмад, С. (2015). Наноферритные дисперсные эпоксидно-акрилатные покрытия на водной основе: антикоррозионные нанокомпозитные покрытия. Prog. Орг. Пальто. 80, 77–86. DOI: 10.1016 / j.porgcoat.2014.11.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Расул, К., Насралла, Г., Юнес, Н., Панди, Р., Рашид, П., и Махмуд, К. (2018). «Зеленые» наночастицы хитозана, связанные с ZnO, для эффективного ингибирования сульфатредуцирующих бактерий в закачиваемой морской воде. ACS Sustain. Chem. Англ. 6, 3896–3906. DOI: 10.1021 / acssuschemeng.7b04248

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шахабади, С., Конг, Дж., И Лу, X. (2017). Только на водной основе, зеленый путь к самовосстановлению, стойкости к ультрафиолетовому излучению и электропроводящим нанокомпозитным покрытиям из полиуретана / графена / лигнина. ACS Sustain. Chem. Англ. 5, 3148–3157. DOI: 10.1021 / acssuschemeng.6b02941

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сингх, А., Алам, С., и Рани, Н. (2017). Подготовка и определение характеристик водоразбавляемого антикоррозионного покрытия на акрилово-полиуретановой основе на оцинкованной стали. Пер. Inst. Встретились. Заканчивать. 95, 165–172. DOI: 10.1080 / 00202967.2017.1237759

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стратмант, М., Боненкамп, К., Энгелл, Х. Дж. (1983). Электрохимическое исследование фазовых переходов в слоях ржавчины. Коррос. Sci. 23, 969–985. DOI: 10.1016 / 0010-938X (83) -0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сулейман Р., Khaled, M., Wang, H., Smith, T., Gittens, J., Akid, R., et al. (2014). Сравнение выбранных систем золь-гелевых покрытий, легированных ингибитором, для защиты низкоуглеродистой стали. Коррос. Англ. Sci. Technol. 49, 189–196. DOI: 10.1179 / 1743278213Y.0000000113

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Н., Фу, В., Сунь, М., Чжан, Дж., И Фанг, К. (2016). Влияние различных структурированных частиц TiO ₂ на антикоррозионные свойства водоразбавляемых эпоксидных покрытий. Коррос.Англ. Sci. Technol. 51, 365–372. DOI: 10.1080 / 1478422X.2015.1117267

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Н., Ву Ю., Ченг К. и Чжан Дж. (2014). Исследование антикоррозионных свойств полианилин – мезопористых композитов МС-41 в новом эпоксидном покрытии на водной основе. Mater. Коррос. 65, 968–976. DOI: 10.1002 / maco.201307458

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, X., Ван, Дж., Ли, К., и Ли, С. (2013). Синтез и характеристика эпоксидно-акриловых коррозионно-стойких покрытий на водной основе. J. Macromol. Sci. B 52, 751–761. DOI: 10.1080 / 00222348.2012.730351

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван З., Хань Э., Лю Ф., Цянь З. и Чжу Л. (2014). Эпоксидные нанопокрытия на водной основе, модифицированные наноэмульсиями и наночастицами. J. Mater. Sci. Technol. 30, 1036–1042. DOI: 10.1016 / j.jmst.2014.01.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Йилмаз, О., Каресоя, М., Адигузель, К., Зенгин, Г., и Тенху, Х. (2014).Нанокомпозиты на основе сшитого полиакрилового латекса / наночастиц серебра для высокоэффективных антибактериальных покрытий на водной основе. J. Appl. Polym. Sci. А 52, 1435–1447. DOI: 10.1002 / pola.27130

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, Дж., Ли, Ю., Ху, К., Хуанг, В., и Су, Л. (2019). Антикоррозионные свойства покрытий полиуретан / поли (о-толуидин) –ZnO на водной основе в растворе NaCl. J. Adhes. Sci. Technol. 33, 1047–1065. DOI: 10.1080 / 01694243.2018.1529881

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан К., Хуан К., Фанг К. и Лу К. (2017). Синтез самоэмульгируемого водорастворимого эпоксидного отвердителя на основе глицидил-третичного эфира карбоновой кислоты и его характеристики отверждения. J. Appl. Polym. Sci. 134: 44246. DOI: 10.1002 / app.44246

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжу К., Ли X., Ван Х., Ли Дж. И Фэй Г. (2017). Электрохимические и антикоррозионные свойства графен / акриловая модифицированная алкидная смола латексные композиты углеродистая сталь. J. Appl. Polym. Sci. 134: 44445. DOI: 10.1002 / app.44445

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжо, Ю., Лю, Дж., Ли, К., Цю, Б., и Син, Г. (2016). Приготовление и характеристика нанокомпозитов WPU / CNT / GO. Integr. Сегнетоэлектр. 171, 52–58. DOI: 10.1080 / 10584587.2016.1171662

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Приготовление золь-гелевого антикоррозионного покрытия на подложке из углеродистой стали Q235 с долговременной защитой от коррозии

Abstract

Антикоррозийные покрытия, полученные с использованием золь-гелевых подходов, стали новой областью исследований в области материалов для предотвращения коррозии.Кроме того, увеличенная толщина покрытия может значительно улучшить барьерный эффект золь-гелевых покрытий, тем самым влияя на срок их службы в промышленных применениях. Здесь мы предлагаем приготовление двухслойной системы покрытия с использованием недорогого золь-гелевого метода. Структура покрытия состояла из первого нижележащего слоя, содержащего диоксид кремния и порошок диоксида титана в качестве наполнителя и пигментных материалов, и второго полупрозрачного верхнего покрытия, содержащего коллоидную золь-гелевую матрицу диоксида кремния, сшитую метилтриметоксисиланом (МТМС).Эта система покрытия была нанесена на подложку из углеродистой стали Q235 двухэтапным методом напыления, что привело к увеличению толщины покрытия примерно до 35 мкм. Физические и морфологические свойства покрытий были охарактеризованы с использованием нескольких методов, включая сканирующую электронную микроскопию (SEM), энергодисперсионную спектроскопию (EDS) и атомно-силовую микроскопию (AFM). Антикоррозионные свойства золь-гелевых покрытий были изучены с помощью испытания в солевом тумане, испытания на открытом воздухе и спектроскопии электрохимического импеданса (EIS).Результаты показали, что эта двухслойная система покрытия демонстрирует отличные физические и антикоррозионные свойства, и что верхнее покрытие играет решающую роль в поддержании барьерного эффекта и предотвращении утечки воды.

Ключевые слова: золь-гель покрытие , защита от коррозии, углеродистая сталь Q235, наполнитель, EIS

1. Введение

Коррозия широко используемых металлов, таких как углеродистая сталь, нержавеющая сталь и алюминиевый сплав, представляет собой серьезную угрозу. для различных приложений, начиная от инфраструктуры и заканчивая оборудованием.Считается, что коррозия является причиной экономических потерь в размере 2–5% от валового внутреннего продукта во всем мире [1]. Среди этих металлов углеродистая сталь Q235 является одной из наиболее широко используемых в промышленности благодаря умеренному содержанию углерода, хорошим механическим характеристикам и отличным сварочным свойствам. Однако углеродистая сталь, как известно, подвержена коррозии во многих средах. Чтобы улучшить коррозионную стойкость металлов, металлические поверхности в основном защищаются антикоррозионными пленками или покрытиями, которые действуют как физический барьер между коррозионными средами и субстратами, предотвращая попадание коррозионных веществ на металлические поверхности, или действуют как ингибирующие вещества, препятствующие процессу коррозии [ 2].Традиционные химические конверсионные покрытия на основе хроматов (CCC) являются эффективными антикоррозийными материалами для различных металлов. По сравнению с другими ингибиторами коррозии, высокие окислительные свойства соединений, содержащих шестивалентный хром, делают их более эффективными в предотвращении развития коррозии [3]. Предварительная обработка металлических поверхностей хромсодержащими соединениями также увеличивает прочность сцепления между покрытием и металлической поверхностью. Однако за последние десятилетия КХЦ все чаще регулируются или ограничиваются во многих странах из-за их высокой токсичности для человека и окружающей среды [1].Кроме того, многие недостатки, связанные с традиционными системами покрытий, такие как быстрое термическое старение, низкое термическое сопротивление и плохие механические свойства, приводят к короткому сроку службы и ограничивают их применение в суровых условиях.

В последние годы произошли быстрые разработки в области антикоррозионных покрытий на керамической основе, приготовленных с использованием золь-гель методов [4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, 15,16], и они считаются одними из наиболее перспективных материалов-заменителей традиционных антикоррозионных покрытий, предварительно обработанных хроматом.Универсальность золь-гелевых подходов позволяет настраивать химические и механические свойства защитных покрытий и, следовательно, обеспечивает различные функциональные возможности систем покрытий на основе золь-геля. Кроме того, реакции гидролиза и конденсации алкоксидов металлов в золь-гель процессах могут образовывать прочные химические связи с различными металлическими поверхностями, что позволяет создавать плотные, однородные и бездефектные защитные пленки на металлических подложках. Покрытия на основе диоксида кремния, в частности, обладают превосходной термостойкостью и химической стабильностью благодаря высокой энергии связи ковалентных связей Si – O (1014 кДж / моль) [17].С другой стороны, связи Si – O – M могут образовываться между гидроксильными группами кремния и гидроксильными группами на металлических поверхностях, что придает покрытиям более высокую адгезию к металлическим поверхностям [9,18].

По мере того, как в области золь-гелевых покрытий были достигнуты новые успехи, появилось много стратегий, включающих включение наполнителей в структуры золь-гелевого покрытия, чтобы улучшить некоторые свойства покрытия. В связи с этим использовались различные наполнители нано- или микрочастиц, включая наночастицы диоксида кремния [19,20,21,22,23], оксид графена [24], углеродные нанотрубки [25], наноконтейнеры [26,27]. , и нанотрубки галлуазита [28,29].Например, Nezamdoust et al. подготовили фенилтриметоксисилановые золь-гелевые покрытия, содержащие углеродные нанотрубки, и добились повышенной коррозионной стойкости [25]. В других исследованиях в золь-гелевые матрицы включались наноконтейнеры, содержащие ингибитор, чтобы обеспечить самовосстановление систем покрытия при воздействии коррозионных электролитов [26,27]. Среди этих наполнителей наночастицы диоксида кремния привлекают все большее внимание, поскольку многие исследования показали, что наночастицы диоксида кремния, внедренные в золь-гелевые покрытия, могут увеличивать толщину покрытия, плотность и твердость поверхности и, в конечном итоге, усиливать барьерный эффект золь-гелевых покрытий [19, 20,21,22,23].Более того, создание многослойных золь-гелевых покрытий может обеспечивать различные функциональные возможности, такие как активная защита от коррозии, высокая адгезия и толщина покрытия, высокая гидрофобность поверхности, устойчивость к царапинам и эстетические свойства [4,13,22,27,30 ]. Например, Tan et al. Ранее сообщалось, что золь-гель покрытия, состоящие из многослойных структур, могут улучшить их антикоррозионные свойства на Mg-поверхностях за счет снижения уровней пористости покрытия [13]. Другие исследования также продемонстрировали, что включение антикоррозионных ингибиторов в различные слои многослойных золь-гелевых покрытий может привести к различным функциям самовосстановления [4,22].

Как правило, структуры покрытия с большей толщиной покрытия и качеством герметизации обычно приводят к лучшим антикоррозионным характеристикам [31]. В настоящее время получение антикоррозионных покрытий большой толщины на основе золь-геля остается большой проблемой, что приводит к неудовлетворительным антикоррозионным свойствам [2,18,30,32]. Это в основном связано с более высокой вероятностью образования трещин и дефектов при нанесении более толстых пленок покрытия, особенно для неорганических золь-гелевых систем покрытия [31,33].Кроме того, в большинстве предыдущих исследований использовались только предшественники силана, составляющие большую часть материалов покрытия. Эти методы синтеза часто требуют использования дорогостоящего органического силанового сырья и в большинстве случаев не позволяют создавать покрытия желаемой толщины и цвета, которые соответствуют промышленным стандартам и эстетическим требованиям. Методы осаждения, обычно используемые в этих приготовлениях покрытий, были нанесением покрытия погружением или центрифугированием [34,35,36], что обычно требует нескольких циклов процедур осаждения, а толщина готовых покрытий часто составляла менее 20 мкм [37 , 38,39].В этом отношении золь-гелевые покрытия, включающие наполнители и пигментные материалы нано- или микронного размера и полученные с использованием напыления, могут быть решением для создания систем покрытий с большей толщиной, улучшенными антикоррозионными свойствами и выбираемым предпочтением цвета.

В данной работе мы сообщаем о легком и простом методе приготовления золь-гель-производной системы покрытия, в котором двухслойная структура покрытия на подложке из углеродистой стали Q235 была разработана и изготовлена ​​путем послойного напыления. прореагировавшей смеси коммерчески доступных неорганических коллоидных наночастиц SiO ₂ и обычно используемого силанового сшивающего агента, метилтриметоксисилана (MTMS).Порошок диоксида кремния и диоксида титана были выбраны в качестве наполнителей и пигментов в этом исследовании из-за их низкой стоимости и хорошей совместимости с другими химическими компонентами в этой реакционной системе. Включение этих наполнителей в нижележащий слой структуры покрытия привело к получению защитных пленок с увеличенной толщиной покрытия и внешним видом белого цвета. Затем на нижележащий слой наносили полупрозрачное верхнее покрытие, содержащее только сшитые наночастицы диоксида кремния, чтобы улучшить гидрофобность поверхности и улучшить барьерные свойства.Несколько методов характеризации, включая сканирующую электронную микроскопию (SEM), энергодисперсионную спектроскопию (EDS) и атомно-силовую микроскопию (AFM), были использованы для изучения морфологических и физических свойств двухслойной структуры покрытия, а также нижележащего слоя покрытия. без верхнего покрытия. Затем были исследованы антикоррозионные свойства структур покрытия с помощью испытания в соляном тумане, испытания на воздействие на открытом воздухе и спектроскопии электрохимического импеданса (EIS), и результаты показали, что двухслойная система покрытия с увеличенной толщиной покрытия демонстрирует хорошую стойкость к предотвращению коррозии.Сравнительные исследования EIS также показали, что нанесение более однородного и гидрофобного верхнего покрытия играет важную роль в этой системе покрытия.

2. Материалы и методы

2.1. Материалы

Коллоидный SiO ₂ наночастиц (A50, средний размер частиц ~ 50 нм, 50 мас.% В воде) были приобретены у Akzo Nobel Co. Ltd. (Тайбэй, Тайвань). Порошок диоксида титана (TiO ₂ ) (R902, средний размер частиц ~ 0,405 мкм,> 93%) был поставлен DuPont Co.Ltd. (Шанхай, Китай). Порошок нитевидных кристаллов кремнезема (размер частиц 1–5 мкм) был приобретен в Shanghai Huijingna New Material Co. Ltd. (Шанхай, Китай). Метилтриметоксисилан (MTMS, 99%) предоставлен Qufu Chenguang Chemical Co. Ltd. (Qufu, Китай). Соляная кислота (HCl, 36%) и уксусная кислота (HAc, AR) были приобретены у Sino Pharm Chemical Reagent Co. Ltd. (Шанхай, Китай). Панели из углеродистой стали Q235 размером 150 мм × 75 мм × 1 мм или 150 мм × 100 мм × 1 мм были предоставлены компанией Baoshan Iron & Steel Co., Ltd.(Шанхай, Китай).

2.2. Приготовление золь-гелевых покрытий

2.2.1. Приготовление жидкой дисперсии для грунтовочного покрытия

Для начала готовили исходную суспензионную смесь путем предварительного диспергирования 2120 г коллоидной суспензии SiO ₂ , 670 г порошка нитевидных кристаллов кремнезема и 500 г порошка пигмента TiO ₂ в высокоскоростная диспергирующая машина (Biuged Laboratory Instruments (Guangzhou) Co. Ltd., Гуанчжоу, Китай, BGD750 / 10) при 500 об / мин в течение 30 мин. Затем полученную смесь измельчали ​​в течение 1 ч с использованием горизонтальной шаровой мельницы (Dongguan Longly Machinery Equipment Co.Ltd., Дунгуань, Китай, NT-V6L). Затем отбирали 324 г исходной смеси, pH которой затем доводили до 4,0, добавляя к смеси по каплям ~ 5 мл 5% раствора HCl. После регулирования pH в смесь добавляли 134 г MTMS для инициирования реакций гидролиза и конденсации, и реакциям давали возможность продолжаться в течение 8 часов при комнатной температуре при постоянном перемешивании с использованием трубчато-роликового смесителя, работающего со скоростью 300 об / мин / мин.

2.2.2. Приготовление жидкой дисперсии для верхнего покрытия

200 г коллоидной суспензии SiO ₂ и 40 мл дистиллированной воды сначала смешивали с помощью высокоскоростной диспергирующей машины в течение 10 мин, а затем доводили pH смеси до 3.0 путем добавления 7,5 мл HAc с последующим добавлением 120 г MTMS. Реакции давали возможность в течение 7 часов при комнатной температуре при перемешивании с использованием трубчато-роликового смесителя, работающего со скоростью 300 об / мин / мин.

2.2.3. Нанесение покрытия

Перед процедурой осаждения полученные панели из углеродистой стали были подвергнуты пескоструйной очистке кварцевым песком (размер частиц 0,5 мм), а также промыты и ополоснуты смесью этанол / дистиллированная вода с ультразвуковой обработкой. Для двухслойного покрытия нижележащий слой наносился равномерным распылением белой смеси, описанной в разделе 2.2.1 на чистые и сухие поверхности из углеродистой стали с помощью пистолета-распылителя под давлением. Первому слою покрытия давали высохнуть при комнатной температуре в течение 5 минут, после чего тем же способом наносили второй полупрозрачный верхний слой покрытия. Металлические панели, покрытые золь-гелевыми пленками, затем отверждали при 170 ° C в течение 30 минут при линейной скорости нагрева 5 ° C · мин ^-1 , после чего образцы оставляли охлаждаться до комнатной температуры в окружающей среде. Для сравнительного исследования образцы однослойного покрытия также были приготовлены с использованием тех же процедур осаждения и отверждения без нанесения полупрозрачного верхнего покрытия.

2.3. Характеристики

Морфологию смеси наночастиц SiO ₂ и наполнителя до и после золь-гель реакций наблюдали с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ТЕМ, JEM-1200EX, JEOL, Токио, Япония). Микроструктуру слоев покрытия исследовали с помощью автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа (SEM, 01-43, Zeiss Sigma, Кембридж, Великобритания) при рабочем напряжении 15 кВ. Для получения изображений поперечного сечения слоев покрытия и стальной подложки на сканирующем электронном микроскопе мелкие металлические стружки, покрытые пленками покрытия, разрезались и полировались.Данные об элементном составе были получены на энергодисперсионном спектрометре (EDS, Nano Xflash Detector 5010, Bruker, Billerica, MA, USA), установленном в сканирующем электронном микроскопе. Топологическую структуру поверхностей покрытия сканировали с помощью атомно-силового микроскопа (AFM, MultiMode, VEECO, Oyster Bay, NY, USA).

Измерения EIS были выполнены с использованием электрохимической рабочей станции (PARSTAT 4000A, Princeton Applied Research, Princeton, NJ, USA). Для измерений EIS были подготовлены три образца золь-гелевого покрытия с верхним покрытием и без него на подложках из углеродистой стали.Круглый участок поверхности покрытия диаметром 4 см подвергали воздействию 5 мас.% Раствора NaCl в трехэлектродной пластиковой цилиндрической ячейке, и во всех испытаниях использовали электрод из платиновой проволоки и электрод сравнения Ag / AgCl. Спектры снимались в диапазоне частот от 10 ⁻² Гц до 10 ⁵ Гц с амплитудой синусоидального напряжения 50 мВ.

2.4. Тестирование характеристик покрытия

Оптические фотографии испытуемых образцов были получены с помощью имеющейся в продаже цифровой камеры или фотосканера.Твердость карандаша проверялась с использованием измерителя твердости карандаша (BGD 506, Biuged Laboratory Instruments Co., Ltd., Гуанчжоу, Китай) в соответствии со стандартом ASTM D3363. Адгезионная прочность была проверена с использованием методов поперечной резки и отрыва. В испытании на поперечный разрез использовали тестер адгезии с перекрестной штриховкой (BGD 502 Biuged Laboratory Instruments Co., Ltd., Гуанчжоу, Китай) в соответствии со стандартом ISO2409: 2013. Измерения отрыва проводились с использованием тестера адгезии отрывом (Positest AT-M, Огденсбург, Нью-Йорк, США) в соответствии со стандартом ISO 4624: 2016.Статические измерения краевого угла смачивания водой проводили путем нанесения капель деионизированной воды на поверхности покрытия с использованием измерителя краевого угла смачивания (OCA50AF, Data Physics, Filderstadt, Германия). Толщина покрытия измерялась с помощью портативного измерителя толщины покрытия (TT260, Beijing Zhongyi Technology Co., Ltd., Пекин, Китай), и средние значения толщины и стандартные отклонения были рассчитаны на основе измерений по меньшей мере 10 образцов.

2,5. Испытание солевым туманом

Испытания нейтрального солевого тумана проводили с использованием камеры тумана с солевым туманом (KD-90, Dongguan Kedi Instrument Industry Co., Ltd., Дунгуань, Китай) в соответствии со стандартом ISO 9227: 2017. Чтобы защитить непокрытые края металлических панелей, периферия образцов была замаскирована смесью парафина и канифоли. Тройные образцы углеродистой стали, защищенные золь-гелевым покрытием, помещали в камеру солевого тумана под углом 15 ° и подвергали непрерывному распылению 5,0 мас.% Раствора NaCl при pH = 6,5–7,0 и T = 35 ° C.

2.6. Испытания на воздействие на открытом воздухе

Испытания на воздействие на открытом воздухе проводились в соответствии со стандартом ISO 8565: 2011 на открытом объекте, расположенном в Ханчжоу, Китай, где преобладают типичные субтропические характеристики муссонного климата.Тройные образцы углеродистой стали с золь-гелевым покрытием с замаскированными краями вместе с непокрытыми образцами из углеродистой стали без покрытия были надежно закреплены на стеллаже для образцов из нержавеющей стали, оборудованных керамическими сепараторами, и образцы оставались нетронутыми в течение всего периода испытаний в 6 месяцев с декабря 2018 года по май 2019 года.

Вклад авторов

Концептуализация, YL, CW и HY; методология, Ю.Л. и C.W .; программное обеспечение, Ю.Л .; проверка, C.W. and Y.H .; формальный анализ, Ю.Л .; следствие, Ю.Л., М.Х. и J.C .; ресурсы, C.W .; курирование данных, Ю.Л .; письменная — подготовка оригинального черновика, Ю.Л .; написание — просмотр и редактирование, C.W. and H.Y .; визуализация, Ю.Л .; надзор, H.Y .; администрация проекта, H.Y .; привлечение финансирования, H.Y.

Приготовление антикоррозионного покрытия, модифицированного графеном, и исследование механизма его коррозионной стойкости

Когда алюминиевый сплав присутствует в среде с высоким содержанием Cl ^— , поверхностная оксидная пленка легко повреждается, что приводит к более быстрому растворению подложки.Нанесение антикоррозионного покрытия, модифицированного графеном, может эффективно предотвратить возникновение коррозии. В данном исследовании для изучения коррозионной стойкости антикоррозионного покрытия, модифицированного графеном, на поверхности алюминиевого сплава, мы приготовили антикоррозионное покрытие, модифицированное графеном, на поверхности алюминиевого сплава и исследовали механизм коррозионной стойкости. Грунтовка из эпоксидной смолы и верхнее полиуретановое покрытие были модифицированы предварительно диспергированным восстановленным оксидом графена (rGO). Сканирующий электронный микроскоп (SEM) и спектр комбинационного рассеяния были использованы для исследования микроструктуры антикоррозионного покрытия, модифицированного графеном, и было обнаружено, что добавление rGO может эффективно улучшить дефект пористости грунтовки на основе эпоксидной смолы.Электрохимическая рабочая станция использовалась для быстрой характеристики коррозионной стойкости антикоррозионного покрытия, модифицированного графеном, и каждые 5 часов исследовали изменение электрохимической кривой во время выдержки в 3,5% NaCl. Было обнаружено, что применение rGO для модификации антикоррозионного покрытия может улучшить коррозионную стойкость антикоррозионного покрытия, а по мере увеличения времени выдержки коррозионная стойкость антикоррозионного покрытия, модифицированного графеном, регулярно меняется.Результаты исследования показали, что при содержании rGO 0,4% пористость эпоксидного покрытия снизилась с 1,54% до 0,33%, пористость упала на порядок, а напряжение самокоррозии было относительно положительным (-0,72434 В). . Плотность тока самокоррозии была наименьшей (), а на низкой частоте модуль импеданса был наибольшим (10 ³ ). После подбора эквивалентной схемы индекс дисперсии был относительно высоким, эффект диспергирования был относительно слабым, а коррозионная стойкость покрытия улучшилась.Для антикоррозионного покрытия, модифицированного графеном, на ранней стадии защиты от коррозии наличие пор и других дефектов в покрытии может усилить эффект диспергирования, что приведет к значительному снижению коррозионной стойкости покрытия. На средней стадии защиты от коррозии поры в покрытии будут полностью заполнены коррозионными ионами, что приведет к ослаблению эффекта диспергирования. Таким образом, снижение коррозионной стойкости покрытия замедлилось и стало стабильным.

1. Введение

Алюминиевый сплав широко используется в корпусах самолетов, обшивках, топливных баках, стойках шасси и других конструкциях из-за его низкой плотности, высокой удельной прочности, хорошей пластичности, хорошей обрабатываемости и других характеристик. Высокая химическая активность алюминиевого сплава позволяет легко образовывать оксидную пленку на поверхности, но пленка тонкая (обычно 10-15 нм), имеет неравномерную дисперсию и плохую компактность, что приводит к плохой коррозионной стойкости пленки [1].Следовательно, он не может играть хорошую защитную роль. Особенно в морской атмосфере, богатой Cl ^— , более высокая концентрация коррозионных ионов может легко проникать через оксидную пленку, что приводит к коррозии подложки из алюминиевого сплава [2]. Во всем мире разработан ряд защитных мер от серьезной коррозии металлов. Защита органических покрытий как наиболее простая, эффективная и экономичная мера защиты от коррозии привлекает большое внимание. Обычные органические покрытия в основном включают покрытие из эпоксидной смолы, покрытие из полиуретановой смолы и покрытие из фторуглеродной смолы.Эпоксидная смола отличается большей твердостью и более высокой адгезией, но затвердевшее покрытие имеет большую пористость и плохую кислотостойкость и стойкость к ультрафиолетовому излучению. Полиуретановая смола имеет отличную гибкость, стойкость к истиранию и механические свойства, но ее коррозионная стойкость резко упадет после УФ-старения, что серьезно повлияет на защиту металлической основы. Несмотря на то, что фторуглеродная смола имеет отличную стойкость к ультрафиолетовому излучению, ее низкая адгезия ограничивает ее будущие применения. Графен в настоящее время является самым легким и тонким материалом, и его микроламеллярная структура и небольшой размерный эффект оказались эффективными для улучшения структуры антикоррозионного покрытия и повышения его коррозионной стойкости.

Антикоррозионные покрытия, модифицированные графеном, обладают следующими характеристиками: (1) Легкий вес: применение графена для модификации антикоррозионных покрытий может эффективно уменьшить толщину и повысить эффективность защиты покрытий [3]. (2) Превосходные барьерные свойства: графен может эффективно заполнять микропоры в покрытиях для улучшения поры и другие дефекты антикоррозионных покрытий; кроме того, сопряженная бинарная пластинчатая структура графена накладывается на покрытие, образуя плотный физический изоляционный слой, а поверхность имеет отличные гидрофобные свойства после адсорбции алканов и может значительно блокировать проникновение молекул воды и агрессивных сред в покрытие [ 4].(3) Отличная электропроводность: после того, как металлическая подложка подверглась коррозии, она может быстро переносить электроны на поверхность покрытия, чтобы предотвратить накопление продуктов коррозии на поверхности подложки [5]. (4) Отличные механические свойства: связь CC в графене Благодаря своей структуре графен обладает хорошей структурной жесткостью, что может эффективно улучшить гибкость и ударопрочность антикоррозионных покрытий, модифицированных графеном [6].

С этой целью исследователи провели несколько исследований [7–10].Pourhashem et al. [11] использовали силановые связующие агенты APTES (KH550) и GPTMS (KH560) для получения покрытия из модифицированной оксидом графена эпоксидной смолы и исследовали его защитный механизм в нержавеющей стали. Ye et al. [12] использовали ковалентную прививку для получения функционализированного покрытия из модифицированной графеном эпоксидной смолы и исследовали его коррозионную стойкость в стали Q235. Paul et al. [13] раствор полимеризованного акрилового мономера для синтеза гидрофобной органосилоксан-акриловой смолы, ковалентно связанный с нанолистами графена, модифицированного фторсиланом, для получения супергидрофобного (≥152 °) антикоррозионного покрытия, улучшающего защиту алюминиевого сплава LY12.В вышеупомянутых исследованиях антикоррозионных покрытий, модифицированных графеном, оксид графена (GO) в основном использовался для модификации антикоррозионных покрытий, а механизм защиты исследовался на подложках из нержавеющей стали. Однако влияние антикоррозионных покрытий, модифицированных графеном, на подложки из авиационных алюминиевых сплавов исследовалось редко. Поэтому в данной статье было исследовано следующее содержание:

После использования rGO для модификации эпоксидной грунтовки его пористость снизилась на порядок.После взаимодействия с полиуретановым покрытием, модифицированным графеном, его напряжение самокоррозии относительно положительное, плотность тока самокоррозии низкая, значение модуля импеданса велико на низкой частоте и оно имеет высокую коррозионную стойкость. При увеличении времени погружения в 3,5% раствор NaCl ослабление эффекта диспергирования уменьшается, и коррозионная стойкость покрытия медленно снижается. Исследован механизм коррозионной стойкости авиационного алюминиевого сплава.

2. Экспериментальная часть

2.1. Материалы

Металлической подложкой, использованной в эксперименте, был алюминиевый сплав 7075-T6, и его состав показан в таблице 1. Покрытия представляли собой грунтовку на основе эпоксидной смолы и верхнее покрытие на основе полиуретановой смолы, предоставленные Институтом морских химических исследований в Китае. Восстановленный оксид графена представлял собой антикоррозионный графен 1133, произведенный компанией The Sixth Element (Changzhou) Materials Technology Co., Ltd. в Китае. Диспергатором графена был диспергатор F463, производимый Foshan Aona Polymer Co., Ltd. Другие химические реагенты, использованные в эксперименте, были приобретены у Aladdin.

2.2. Приготовление дисперсии rGO

Восстановленный оксид графена, диспергатор F463 и раствор ксилола смешивали в соотношении 1: 0,1: 10, а затем обрабатывали ультразвуком в ультразвуковом аппарате с водяной баней мощностью 600 Вт в течение 2 часов для получения однородной дисперсии графена.

2.3. Подготовка антикоррозионных покрытий

Перед нанесением покрытия поверхность алюминиевого сплава 7075-T6 была подвергнута пескоструйной очистке белым корундом с размером ячеек 120 меш, обезжирена ультразвуком ацетоном, обезвожена абсолютным этиловым спиртом и, наконец, высушена и помещена в сухой сосуд для дальнейшего использования.Эпоксидная смола, отвердитель и разбавитель были смешаны в соотношении 8: 1: 3, а затем приготовленная дисперсия графена была легирована (степень добавления rGO составляла 0,4% масс.). Эпоксидную смолу с добавкой восстановленного оксида графена перемешивали на магнитной мешалке в течение 20 минут. Для распыления на обработанную пескоструйной очисткой поверхность алюминиевого сплава и отверждения при 70 ° C в течение 1 часа использовалась технология атмосферного распыления (во время распыления давление воздуха поддерживалось на уровне 6-7 МПа, а расстояние распыления поддерживалось на уровне 15-20 см). После того, как покрытие из эпоксидной смолы полностью высохло, вышеуказанные этапы и соотношение добавок были повторены для приготовления покрытия из полиуретановой смолы на поверхности грунтовки из эпоксидной смолы.Общая толщина антикоррозионного покрытия составила около 150 мкм мкм. Нелегированное восстановленным оксидом графена антикоррозионное покрытие готовили так же, как и контрольный образец.

2.4. Характеристика

Сканирующий электронный микроскоп (7900F) использовался для наблюдения микроскопической морфологии поперечного сечения покрытия. Рамановский спектрометр (длина волны 532 нм) использовался для измерения рамановского спектра покрытия с целью исследования микроструктуры восстановленного графена в покрытии.Электрохимическая рабочая станция Autolabe PGSTAT 302N (Metrohm, Швейцария) была использована для определения поляризационной кривой и импеданса антикоррозионного покрытия по переменному току, а также анализа коррозионной стойкости антикоррозионного покрытия и изменения коррозионной стойкости антикоррозионного покрытия, модифицированного графеном, после пропитывания. 3,5% NaCl. Программное обеспечение NOVA использовалось для построения электрохимической кривой и построения эквивалентной схемы. Перед испытанием его нужно было подключить к медному проводу, а затем образец залили эпоксидной смолой.Открытая площадь покрытия была зафиксирована на 1 см ² . Электрохимические измерения проводились с помощью трехэлектродной системы: платиновый лист использовался в качестве противоэлектрода, насыщенный каломельный электрод использовался в качестве электрода сравнения, тестовый интервал поляризационной кривой был потенциалом самокоррозии (± 150 мВ). скорость сканирования составляла 1 мВ / с, частотный диапазон синусоидальной волны при испытании импеданса переменного тока (EIS) составлял 0,01-100000 Гц, а амплитуда нагруженного возмущающего напряжения переменного тока составляла 10 мВ.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Характеристика rGO

3.1.1. СЭМ rGO

В настоящее время к основным методам получения графена относятся механическое расслоение, химическое осаждение из паровой фазы, эпитаксиальный рост SiC и окислительно-восстановительный процесс. RGO, использованный в этом эксперименте, был приготовлен с помощью окислительно-восстановительного процесса, и его микроскопическая морфология показана на рисунке 1. Из рисунка 1 видно, что лист rGO имел большое количество слоев и края были сморщены.Причина заключалась в том, что гидроксильные группы (включая гидроксильные группы, образованные превращением различных кислородсодержащих функциональных групп) на разветвлениях бензольного кольца во время получения rGO окислительно-восстановительным процессом, образовывались новые двойные связи C = C и электростатические отталкивание между листами графена было ослаблено, что привело к усилению агломерации rGO и увеличению краевых дефектов [14, 15].