聚合物技术的进步

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聚合物技术的进步/2019年/文章

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体积 2019年 |文章的ID 3954784 | https://doi.org/10.1155/2019/3954784

巴希尔艾哈迈德,纳西尔·m·艾哈迈德穆罕默德•亚希尔Zulfiqar a .汗兹亚拉菲克, 高性能防腐聚酯涂料在低碳钢在混酸混合物环境中”,聚合物技术的进步, 卷。2019年, 文章的ID3954784, 13 页面, 2019年 https://doi.org/10.1155/2019/3954784

高性能防腐聚酯涂料在低碳钢在混酸混合物环境中

学术编辑器:亚历山德拉Munoz-Bonilla
收到了 2019年4月15日
接受 2019年8月26日
发表 2019年12月19日

文摘

低碳钢样本选自工业用酸储罐作为底物,和两个先进技术聚合树脂涂料开发、指定为LAM-P基础LAM-P / FR涂料和树脂LAM-V LAM-V / FR涂料树脂的基础。这些涂料应用在钢样品采用手糊工艺。红外光谱测试进行确认完成固化,SEM分析被用来调查表面形态。一系列电化学测试在酸性环境中进行(混合酸溶液56% H2所以4+ 26% HNO3H + 18%2O按重量)。结果显示成功发展LAM-P / FR和LAM-V / FR获得涂料防腐等理想的特点,厚度,附着力,稳定、电荷存储和更多的耐酸性环境。混酸EIS数据存储介质证明LAM-V / FR涂料混酸溶液中具有较高的强度,较高的阻抗值和相移,更高的价值R孔隙和低的价值Cc;腐蚀速率比例减少96%的LAM-P / FR和99.96%的LAM-V / FR光秃秃的低碳钢相比样本。本研究的结果可以导致协助设计指南为工业应用防腐涂层。

1。介绍

腐蚀是电化学腐蚀的材料之间的反应,是由材料和积极的或腐蚀性的环境中。金属是最容易受到这种类型的影响,因为它们包含自由电子和内可以形成电化学细胞结构(1]。腐蚀会造成重大经济损失,减缓了经济增长的国家。全世界腐蚀的年度成本估计为2.2万亿美元。腐蚀工程师协会(NACE)估计,在美国的直接原因腐蚀在2014年是2760亿美元,大约3.1%的国内生产总值(GDP),然而,包括腐蚀的间接损失,据估计超过1万亿美元。

当硫酸(H2所以4)和稀硝酸(HNO3)混合在一起,他们成了高度腐蚀性。在酸储罐腐蚀取决于几个因素如温度、腐蚀性成分浓度、操作条件和所用酸的纯度(2]。低碳钢腐蚀速率在95% H2所以45 - 20毫米/年当温度小于25°C。这取决于材料的坦克是由和收到酸的纯度3]。

腐蚀可能是最相关的实际应用中面临的问题,因此在全球不同的研究策略添加保护不同材料腐蚀的唯一目的在各领域的应用。许多技术被用于保护结构免受腐蚀通过添加缓蚀剂(4,5),通过应用阴极和阳极保护(6,7与环境)、设计修改、变更,最重要的是改变材料更耐腐蚀,例如不锈钢(8]。应用各种类型的防护涂料是另一个受欢迎的方法,积极保护金属免受腐蚀反应(9,10]。研究人员正在不断寻求新的创新涂料将加强防腐的资产在传统环境中(11]。

Ananda Kumar et al。12]在2008年研究了低碳钢与聚合物涂层的腐蚀行为和高分子金属双层涂层。循环伏安法的技术被用来合成涂料,而EIS和potentiodynamic腐蚀测试技术被用于这项研究。基于聚苯胺涂料的保护机制作为一个保护屏障;然而,有限制的孔隙度PANI-based涂料。聚苯胺(PANI)金属双层涂层、金属纳米粒子填充多孔的聚苯胺和保护比PANI-based因为障碍和牺牲属性的双重效果。此外,比PANI-Ni PANI-Zn-based涂层提供了更好的保护。

随着et al。13)使用的减肥方法来研究腐蚀行为polystyrene-coated低碳钢,盐酸和H2所以4测试环境。低碳钢腐蚀抑制增加高浓度的聚苯乙烯,但随时间增加而降低。

Syed et al。14)研究了316 l不锈钢的腐蚀保护利用聚合物的多层涂层;我聚苯胺聚丙烯酸/聚乙烯(PANI / PAA /裴)复合涂层制备和涂层衬底上旋转涂布方法。的研究表明,结合涂层耐蚀性要求时提供衬底放在3.5%生理盐水环境观察在电化学测量。提高耐蚀性可以归因于腐蚀离子的扩散途径是增加由于多层结构。

Ameen Uddin Ammar et al。15)在他们的研究中选择两个nanocomposite-based涂料:一个基于高分子PVA / PANI /焦距和其他陶瓷TiO的基础2/走。涂料都是采用浸渍涂敷技术应用于样品。电化学测试在海水和原油环境中进行。EIS研究表明,基于陶瓷涂层表现出高的阻抗值和相移在波德图,而另一方面,TiO的奈奎斯特结果显示2/去涂层满足高的阻抗值,增强耐久性退化与PVA / PANI /相比之前FLG涂料。此外,在原油的情况下,结果是不同的比海水。在原油、PVA / PANI / FLG-coated TiO相比样品提供更多的保护2/ GO-coated样本。

介绍工作,低碳钢表面被防护涂层聚合物涂料。低碳钢定制的储罐是捏造的,被涂上一层防腐LAM-V / FR和LAM-P / FR涂料。各种涂料的成分研究包括酯成分。EIS和塔菲尔扫描分析技术被利用Gamry potentiostatand SEM是用来确定表面形态。

讨论了聚合物基复合涂层的耐腐蚀涂层条件和降低腐蚀速率的角度。LAM-P / FR腐蚀速率比例减少96%,LAM-V / FR是99.96%相比,裸露的低碳钢样本。

2。方法

防腐性能的两种类型的polyester-based复合涂料、乙烯基纤维增强涂层和层压层腭纤维增强涂层(LAM-V / FR和LAM-P / FR),进行了研究和比较,当这些受到酸性环境。低碳钢的防腐行为在酸性介质作为基准。

1显示了准备材料和化学反应参与LAM-V / FR和LAM-P / FR涂料。V在第一涂层,不饱和和未硫化的聚合物树脂用于涂层低碳钢坦克。它发生时,它与单体苯乙烯反应的MEKP并组成了一个治愈的复合。第二涂料、不饱和P-4树脂用于涂料,它与苯乙烯的反应MEKP,形成涂层低碳钢作为化学反应如图1

两种类型的涂料(LAM-V / FR和LAM-P / FR)研究了在酸性腐蚀环境样品的涂料以及裸露的金属测试和比较。测试的顺序图中可以看到2。第一步包括样品的制备;然后,涂料合成对低碳钢的确认固化并进行了红外光谱分析。研究涂层的有效性,EIS分析。最后,比较的结果覆盖和裸低碳钢进行了总结,涂层防止低碳钢腐蚀,增加酸坦克的生活。

2.1。样品制备
2.1.1。样品制备低碳钢

BS436043A钢板被用来产生各种类型的钢螺栓、钢焊缝、储罐和其他结构组件使用以下成分(3]。表1演示了低碳钢的成分;也就是说,它包括0.25%的碳(C)、硅(Si)的0.50%,1.6%的锰(Mn)、磷(P)的0.05%,0.05%的硫(S)和0.20 - -0.35%的铜(铜)。


年级 化学成分(%)

43个 C 如果 P 年代
0.25 0.50 1.6 0.05 0.05 0.20/0.35

2.1.2。LAM-V / FR涂料的制备

LAM-V / FR是一种双组分纤维增强、泥刀和刷应用聚酯树脂涂料体系。由于多层重叠的纤维,极低的水汽渗透速率。优秀的渗透阻力特性的涂料,确保使用寿命长。这种涂层/系统包括凝胶外套衬里和两层LAM-V树脂用泥刀,刷的目标厚度40毫米。更高的厚度和附加层可能推荐给特定的操作条件。表2显示涂层的厚度。它显示主要的涂料粘结剂的厚度2 - 5毫米,而另一方面,LAM-V树脂与纤维增强材料的厚度60 - 80毫米。


厚度

粘合剂底漆 2 - 5毫米
LAM-V树脂+纤维加强层 60 - 80毫米

首先,表面污染被用丙酮确认粘连的新LAM-V / FR涂层系统。LAM-V树脂包含30 - 50 wt %单体(16,17]。LAM-V树脂反应通过自由基共聚合反应催化剂。图3显示了一个网络形成的自由基交联反应的机理。过氧化(催化剂)和加速器被添加到已经溶解的LAM-V树脂单体/溶剂(作为交联剂)在不同混合比例。此外,色素溶液P1是添加到最下面的一层或树脂的面漆。这将提供彩色层交替,确保完全覆盖。纤维垫被用作加固材料。底漆和内衬组件计算,这些pre-measured的添加量是最好的治疗量包括聚合树脂和硬化剂层方案如图3

2.1.3。LAM-P / FR涂料的制备

LAM-P树脂是一种已经不饱和聚合物溶解在溶剂降低其粘度和参与交联聚合反应。这里使用的树脂有介质反应和介质粘度(18]。这是因为P-resin溶解在苯乙烯作为单体和溶剂;因此,介质的粘度降低。表3显示涂层的厚度。它显示主要的涂料粘结剂的厚度2 - 5毫米,而另一方面,LAM-P-4树脂与纤维增强材料的厚度60 - 80毫米。


厚度

粘结剂层 2 - 5毫米
LAM-P树脂+纤维垫层 60 - 80毫米

2.2。腐蚀测试过程

涂料的合成和应用后的样本,进行电化学测试。电化学阻抗谱(EIS)。EIS涂层金属衬底措施两个现象显示恶化的有机聚合物涂层在接触中电解液的腐蚀速率的增加底物由于恶化的涂层和影响电解液的影响(19]。

4显示了EIS测试设置的示意图。三电极稳压器系统被用于这项研究[20.,21]。

在上面的设置,低碳钢作为工作电极,石墨对电极,和氯化silver-silver用作参比电极。混酸用作电解质和重量百分比组成56% H2所以4,26% HNO3,18%的H2o . LAM-V / FR和LAM-P / FR涂料开发对低碳钢和被用作低碳钢和电解质之间的障碍。玻璃单元设置固定在涂布低碳钢试样的帮助下密封胶(22]。

EIS数据进一步分析了使用拟合模型;使用这些模型根据涂层和环境类型。以下测试信息材料(金属、涂料)和环境生成;(我)电解液电阻,(ii)双层电容,(iii)极化电阻,电荷转移(iv)电阻,(v)涂层电容。

酸性环境/电解质用于这项研究。酸性成分的EIS数据表提供了4。它显示了组成的混酸存储在低碳钢坦克、H酸成分是56%2所以4,26% HNO3,0.60% HNO2,17.40%的H2o .这篇作文是电化电池作为电解质。


酸组成 H2所以4(%) HNO3(%) HNO2(%) H2O (%)

高硝基纤维素 56 26 0.60 17.40

数据录入后Gamry软件,如图5,初始频率设定在100000赫兹,最终频率为0.2赫兹和AC电压被设定为20 mV。数据采集序列后面是(我)开路电位((OCP),(2)波德图,(iii)尼奎斯特图。适当的拟合模型应用在测试之后,当所有三个图表获得提供信息等属性无报酬的解决方案电阻(Ru),涂层电阻(R外套),涂层电容(Cc),孔隙电阻(R孔隙)、极化电阻(Rp)和双层电容(C戴斯。莱纳姆:)。

3所示。结果与讨论

3.1。不饱和聚酯树脂的光谱分析

6显示了树脂的红外光谱透射峰的光谱。776厘米的强和弱峰−1和1004厘米−1是因为碳氢键的苯环出席1和3的位置,分别在不饱和聚酯树脂。另一方面,峰值为1306厘米−1似乎因为- C = C -聚酯。

广谱透光率1119厘米−1显示的存在C-O-C酯键,而峰值为1719厘米−1的特征峰- c = O,证实了聚酯树脂酯集团的存在。

3.2。纤维增强复合材料的光谱分析

固化树脂的光谱峰图所示7。峰值约为2.985×103厘米−1表现出更清晰的趋势,峰值将CH = CH -集团消失在聚合物增强复合材料。1.408×103厘米−1,一个新开发的顶点可以增强聚合物复合材料的红外光谱谱。这表明烯烃和证实了参与CH = CH -烯烃烷烃组。这表明双键的不饱和树脂的反应网站消失,单键峰值出现。这发生在固化的过程中,改变这个群体的烷烃在交联过程中发生。这是由于不饱和树脂的交联聚合复合饱和基地。

3.3。SEM的裸/裸的低碳钢样本

8SEM显微图显示水泡在低碳钢由于腐蚀反应。这些水泡是低碳钢表面氢渗透的结果。当低碳钢腐蚀的混合酸(H2所以4+ HNO3+ H2O)、原子和氢分子组成。如果有空间和空间,那么这个原子氢收集到这些空孔,所以压力逐渐增加,然后猛烈的发生。它还表明,离子间的反应出现在混合酸溶液和软钢材料。这个反应造成腐蚀产物在post-corrosion SEM显微图显示为特色纹理,和显然,低碳钢表面受损时沉浸在酸性电解液混合。

3.4。尼奎斯特图LAM-P / FR-Coated LAM-V / FR-Coated,裸露的低碳钢

所有三个EIS图讨论了在这一节中进行比较的目的和更详细的分析。因此,所有三个EIS图裸/裸金属,LAM-P / FR涂层,LAM-V / FR涂料绘制在同一图。图9显示了所有的奈奎斯特图3例,正如前面所讨论的,这个观察也表明,LAM-V / FR提供最高的涂层强度退化之前启动相比其他两个图表,而LAM-P / FR显示增强的属性比裸露的样品和显示更多的阻抗但不到LAM-V / FR涂层。

尼奎斯特图显示一条直线到90度从实轴连续增加。这表明阻抗不断增加,涂层不退化;对于退化的情况下,将形成一个小半圆。

3.5。波德图LAM-P / FR-Coated LAM-V / FR-Coated,裸露的低碳钢

10显示了裸露的金属样品,波德图LAM-P / FR涂层和LAM-V / FR涂层。不同的清晰可见,影响金属裸显示了最小阻抗和相移进而表明,它更容易受到腐蚀和影响将是严重的在这种情况下,由于缺乏保护。

中两个涂料、LAM-V / FR涂料显示相对更有力量在酸性环境相比LAM-P / FR涂料,这是明显的高价值的阻抗的涂层和相移的差异也清晰可见。

图表明,在酸性环境中,LAM-V / FR涂料显示更多力量对腐蚀性离子和抗拒退化之前的指控。LAM-P / FR,然而,显示抗腐蚀和提供保护,在一定程度上明显的差异与裸金属样品图;然而,这种涂层退化相比年初LAM-V / FR涂层。

3.6。塔菲尔扫描比较

11显示了LAM-V塔费尔结果/ FR-coated软钢和腭LAM-P / FR-coated软钢。不同的是在比较图清晰可见;影响裸金属显示更多的腐蚀速率28.93 mpy和显示的影响是严重的在这种情况下,由于缺乏防护涂料(23]。在表5,β值LAM-V / FR-coated LAM-P / FR-coated和裸样品156.9 e−3147.4 V / 10年,e−3V / 10年和166.5 e−3分别V / 10年。也有E相关系数相关系数值24.98−378.3 mV和nA LAM-V / FR涂料、207.8−770.7 mV和nA LAM-P / FR涂层;另一方面,裸露的样本值−545.9 mV和63.30µa的两个应用涂料、LAM-V / FR涂层相对提供了更多的力量在酸性环境相比LAM-P / FR涂层明显的腐蚀速率值。LAM-P / FR-coated金属腐蚀速率的2.471 e−3mpy, LAM-V / FR-coated金属297.1 e−6对混酸mpy显示更多的阻力。


类型的涂料
参数/值 LAM-V / FR-coated LAM-P / FR-coated 不加涂层的样品

β 156.9 e−3V / 10年 147.4 e−3V / 10年 166.5 e−3V / 10年
E相关系数 −378.3 mV −770.7 mV −545.9 mV
相关系数 24.98 nA 207.8 nA 63.30µ一个
腐蚀速率 297.1 e−6mpy 2.471 e−3mpy 28.93 mpy

腐蚀速率比较LAM-P / FR-coated LAM-V / FR-coated和裸女士在酸性环境中HNO 26%3H + 56%2所以4H + 18%2O。
3.7。腐蚀速率的比较(混合酸)

腐蚀速率图所示12从塔费尔扫描观察使用E日志我合适模型。在这个模型中LAM-V / FR-coated金属腐蚀速率最低297.1 e−6mpy LAM-P / FR-coated金属的腐蚀速率为2.471 e−3mpy和裸露金属的腐蚀速率为28.93 mpy。这些结果支持先前的结果。

3.8。电路模型的比较

13显示了涂层金属的等效电路模型(LAM-V / FR, LAM-P / FR)解释电化电池的各个部分和他们的反应行为。表6显示之间的电阻比较两个涂料使用EIS REAP2CPE拟合值模型在酸性溶液。的值Cc,R天哪,R阿宝,C天哪,R溶液LAM-P / FR涂料27.43 e−92.073 F e−64.887 F e−34.369欧姆,e31.157欧姆,e3分别欧姆。另一方面,LAM-V / FR涂层的值Cc,R天哪,R阿宝,C天哪,R溶液757.4 e−151.498 F e−9F, 155.6欧姆,1.923 e3欧姆,分别和48.21欧姆。


LAM-P /纤维垫层 LAM-V /纤维垫层

R溶液 1.157 e3欧姆 R溶液 48.21欧姆
R天哪 4.369 e3欧姆 R天哪 1.923 e3欧姆
R阿宝 4.887 e−3欧姆 R阿宝 155.6欧姆
C天哪 2.073 e−6F C天哪 1.498 e−9F
Cc 27.43 e−9F Cc 757.4 e−15F
LAM-P / FR-coated女士,REAP2CPE模型拟合值 LAM-V / FR-coated女士,REAP2CPE模型拟合值

越高的孔隙阻力值LAM-V / FR涂层相比其他解释,为什么这涂层具有更好的稳定性。这是由于更高的孔隙阻力值,这是由于有较小比例的毛孔时生成它与电解质溶液中24]。

3.9。EIS适合模型的比较值(混酸)

孔隙阻力和涂层电容提供结果图14;数据已从电路REAP2CPE拟合模型(25]。孔隙阻力是指涂层的稳定性高,意味着没有毛孔会接触时生成混酸电解液。另一方面,涂层电容有逆关系的总阻抗涂料根据以下方程(19]。

在哪里 阻抗, 是频率, 是电容。低的部分区域金属样品暴露在酸性电解质由于低阻抗。因此,腐蚀反应是压抑在这种情况下,聚合物复合涂层的情况下相反的事情发生了。毛孔中扮演着至关重要的角色增加或减少腐蚀反应。涂层孔隙阻力中起着重要作用在增强稳定LAM-V / FR涂料。

的情况下Cc,它可以观察到,LAM-P / FR涂层显示更多的涂层电容LAM-V / FR涂层相比,这解释了LAM-P / FR涂层显示低阻抗的原因根据方程(1)。随着电容的值的增加,阻抗值将减少。因此,LAM-P / FR涂层样品有更多的电容这意味着它不能储存更多的指控。充电率的增加退化这个涂层更迅速比LAM-V / FR涂层显示较小的涂层电容值(26]。

3.10。外表的考验LAM-V / FR涂层沉浸在混酸

15显示了实验进度日志对时间超过5个月。LAM-V / FR涂料沉浸在混酸与56% H2所以4,26% HNO3和18% H2O组成按重量为1个月,3个月和5个月。观察涂层退化和0.33%没有被观察到减肥;5个月之后。

3.11。表面形态分析LAM-P / FR和v e / FR涂料

表面形态的LAM-P / FR和LAM-V / FR涂料结果如图16研究了扫描电镜沉浸在前后混合酸溶液。结果表明,LAM-P / FR涂层表面略受损,而LAM-V / FR涂层表面看到光滑无划伤观察当沉浸在混酸;这意味着它比第一个更有效。外表的测试也应用于涂层的边缘;它还证实了LAM-V / FR涂料的优越性。

4所示。结论

防腐polyester-based复合涂料开发并应用于低碳钢混酸储罐含有不同成分的硫酸和硝酸提供防腐解决方案。这些先进的技术聚合物涂料能够抑制氧化还原反应的目的,防止腐蚀混酸储罐通过应用适当的聚酯涂层表面和结构广泛应用于化学工业存储保存着这些酸。低碳钢表面被防护涂层聚合物涂料。定制的储油罐的低碳钢涂上防腐涂层由乙烯基纤维增强层和腭纤维增强层p-4。各种基于酯涂料成分进行了探讨。电化学阻抗谱(EIS)和Gamry稳压器塔费尔扫描分析工具被使用,和扫描电子显微镜(SEM)进行了调查这些涂料的表面形态。应用聚合物基复合涂层提供了优良的耐腐蚀性能在腭纤维增强层(LAM-P / FR)和乙烯基纤维增强层(LAM-V / FR)涂层条件和降低腐蚀速率。研究表明,重要的腐蚀控制可通过就业的防腐涂料。

数据可用性

在生成的数据集和/或分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢雄厚研究理事会提供的支持进行研究。设备支持和采购通过高等教育委员会(HEC)巴基斯坦,NRPU项目批准号3526和批准号6020是承认。

引用

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