用石英管作为缓蚀剂Nanocontainers存储

文摘

新醇酸漆防腐智能涂层是由使用硅纳米颗粒作为缓蚀剂nanocontainers。二氧化硅粒子在不同浓度与油漆混合学习他们的表现和确保他们的免费运输损坏的金属。二氧化硅粒子的填充是准备三个方案:蒸馏水,丙酮、和两者的混合,铁(没有₃)₃和石英颗粒沉浸在每一个解决方案来吸附抑制剂。丙酮的解决方案是最好的选择取决于体重分析由硅nanocontainers抑制剂吸附。钢样品都被涂上了抑制剂硅nanocontainer涂料和沉浸在3%氯化钠水溶液中。极化曲线和电化学噪声技术被用来评价缓蚀剂的系统行为。获得了良好的性能与样品相比没有抑制剂nanocontainer涂层。

1。介绍

每个腐蚀性保护行动的努力可能会丢失或变得更昂贵的如果机制是有效的,但不是有效的和/或应用在生病准备或不理想的条件下。因此有必要开发新前卫的设计方案,以实现有效的保护。目前,智能涂层应用于纳米技术承诺解决这个问题和福利从新的应用程序,现有结构下更高效的解决方案。存储的抑制剂是基于粒子的使用,它可以扮演的nanocontainers缓蚀剂吸附内(1- - - - - -3]。

新一代的防腐涂料,应对环境的变化引起了极大的兴趣,因为腐蚀破坏结构的最重要的原因之一,涉及材料的损失,和预防是至关重要的。这种类型的保护旨在阻碍腐蚀的金属衬底和/或控制它。在本文中,一个聪明的腐蚀防护系统是基于硅的合成(SiO开发₂)纳米管的存储和控制硝酸铁(Fe(没有₃)₃)作为氧化剂腐蚀抑制剂,混合聚合物涂层来达到一个“聪明的抑制剂涂层“性能。涂层释放活性离子,作为当地的触发机制抑制或金属表面钝化的活跃,当它是必需的。的直接引入组件保护涂层抑制剂往往会导致腐蚀抑制剂的失活和聚合物矩阵退化。要克服这些障碍,需要研究多个系统,陷阱抑制剂防止直接与涂层的交互矩阵,这是本文的主体。这种涂料的概念如下:纳米尺寸的容器的规模,这是充满了一种腐蚀抑制剂。当这些nanocontainers例如机械变形或金属表面腐蚀,抑制剂释放减慢作为被动层表面形成与电化学反应。

最古老的类型的自我修复涂层聚合物涂料。这些宏观尺寸的容器,装满了单体本质上类似聚合物矩阵和一个合适的催化剂初始单体的聚合发布时受损的聚合物涂料在涂料中包含矩阵。当这些microcontainer成为机械变形,它们释放单体和催化剂,因此密封缺陷(4- - - - - -7]。

Polyelectrolyte-based水聚赖氨酸)-graft-poly(乙二醇)采用自修复剂。的屏障性能受损涂层也可以由一个简单的修理堵塞的缺陷与不溶性沉淀。混合自愈涂料的另一种方法是基于使用抑制剂,可以释放涂层系统(8,9]。

多个系统诱骗抑制剂,防止其直接与涂层的交互矩阵已经开发出来。抑制剂夹一个,很简单,方法是基于有机分子的络合环糊精(10];另一个是基于氧化物纳米粒子的使用,可以扮演nanocontainers为缓蚀剂吸附在其表面。无机离子的抑制作用也可以包含可交换的离子与阳离子和阴离子交换固体。阴离子交换固体,缓蚀剂的释放负离子可以激起激进的腐蚀性氯离子(11- - - - - -13]。

最重要的方面在设计新的活跃的涂料是让nanocontainers具有良好的兼容矩阵可以封装的组件并保持活性物质,具有壳与渗透率属性能够被控制的外部刺激。几种方法已经发展到目前为止制造微,nanocontainers [14- - - - - -20.]。

下一步nanocontainers适合自我修复的工艺防腐涂料是让nanocontainer壳敏感的腐蚀过程,或另一个外部触发,以激活释放封装抑制剂的物种。这些炮轰nanocontainers机制聪明的自我修复的过程。Nanocontainers应该能够调节存储/释放一种抑制剂(18,21]。

因此,提出了一种聚合物涂层系统由一个包含二氧化硅纳米颗粒的醇酸漆满腐蚀抑制剂。这些硅纳米颗粒容器”管“大小0.8×0.2微米,形成数百个平行渠道~ 5 nm直径。纳米管的内部填满(Fe(没有₃)₃)作为缓蚀剂;该系统作为腐蚀防护涂层障碍实现”聪明的“油漆系统,含有抑制剂释放这些粒子当涂层损坏。这种“的性能聪明的”系统,nanotube-inhibitor-coating应用于碳钢样品沉浸在氯化物溶液,使用电化学技术评估。

2。实验的程序

2.1。程序合成二氧化硅纳米多孔SBA-15

纳米多孔材料的合成SBA-15使用普朗尼克123年,作为模板,和teo(原硅酸四乙酯试剂级,98%),硅前体。普朗尼克123是一个A-B-A triblock共聚物表面活性剂,广泛应用于纳米多孔二氧化硅的合成。它由疏水polypropyleneoxide块和亲水性polyethyelen氧化,由公式(CH₂CH₂O)_20.(CH₂CH (CH₃O)_70年(CH₂CH₂O)_20.哦。合成过程描述如下:24 g普朗尼克123在756毫升蒸馏水溶解,添加了121毫升盐酸37 wt %,反应混合物加热,使在750 rpm和400°C,立即添加55毫升的teo搅拌下,25分钟。然后,搅拌停止维护400°C的温度24 h,允许对水解和纳米结构的形成。最后,在空气热处理900°C 48小时。热处理的末尾,SBA-15纳米颗粒被洗,过滤,干燥在烤箱60°C 8 h。

2.2。聚集的粒子

固体硅醇酸树脂内的聚集是观察;不同的重量百分比(2.5%,5%,7.5%,和10%)粒子混合了商业透明醇酸清漆用作涂料。这种混合均匀厚度的薄膜沉积在玻璃板对象来研究它们的聚集在光学显微镜、粗糙度的AFM,及其在立体镜色散。

2.3。填充粒子的抑制剂

nanocontainers填充的,三个解决方案准备高达8%(80毫克/毫升)的硝酸铁(Fe(没有₃)₃与蒸馏水),第一个,第二个,1:3丙酮:蒸馏水比例,第三只与丙酮。二氧化硅颗粒沉浸在每个解决方案获得最大的粒子体重增加的抑制剂的存在。海豹的形成的结束nanocontainer基于反应抑制剂加载和过渡金属铁离子,硝酸铁分布的不溶性复合物的纳米容器作为海豹或闭锁装置。

2.4。系统描述硅SBA-15和钢铁表面

不同的表征技术用于这项工作包括奥林巴斯GX71光学和数字DM143 Motic立体显微镜、扫描电子显微镜扫描电镜狮子座1450副,原子力显微镜AFM毫微秒示波器第四数字仪器,范和透射电镜TEM Titan3 G2。做这些是为了观察碳纳米管的结构,吸附的抑制剂,和涂层系统的特点。后16天的暴露在生理盐水,样品被移除和光学显微镜观察为了看到金属表面的腐蚀攻击和确证的性能的”聪明的“硅抑制剂涂层系统。

2.5。电化电池制备

3%的氯化钠溶液中进行电化学测试准备使用分析纯试剂级化学物质在室温下(氯化钠)和蒸馏水。测试,两个500毫升烧杯被用作电化学细胞:一个用于纳米管抑制剂容器涂层电极,另一为比较没有抑制剂的涂层样品。两个“相同的“工作电极,石墨辅助电极,甘汞参考电极使用整个实验。

2.6。电极制备

测试材料是碳钢封装在一个商业MC-40树脂。矩形探针被削减和暴露区1厘米²解决方案是使用。他们都是擦伤的600碳化硅砂纸和完成“镜子,“就像用氧化铝粘贴用蒸馏水和乙醇冲洗。聚合物(醇酸清漆)矩阵或防护涂层,作为一个障碍在金属表面(碳钢),满是掺杂二氧化硅纳米管的腐蚀抑制剂,然后应用到钢金属表面用一个小刷子。另外,金属样本准备使用清漆没有石英管,作为比较的保护涂层的目的。9天的浸泡后,样本挠在涂层表面的磨尖玻璃管,代替金属刀,以避免电效应。这样做是为了模拟”在服务“涂层损坏,引起腐蚀条件下的性能进行评估聪明的抑制剂涂层破坏条件下系统。这是一种常见的过程在钝化膜腐蚀和涂层评价22]。

2.7。电化学测量

工作电极的电化学腐蚀电位自由,,测量使用饱和甘汞参比电极(SCE),一式三份电化学测量获得了一个完全由电脑控制的稳压器和平均值注册。极化测试执行2.5 5 7.5,10%的二氧化硅粒子含有抑制剂混合颜料。Potentiodynamic极化曲线也被用来描述测试材料的电化学性能。potentiodynamic清扫从800 mV−−200 mV与100 mV /分钟的速度使用ACM仪器和软件。

电化学噪声测量(EN)的当前和潜在的使用两个相同的记录工作电极和参比电极(SCE)。同时进行了电化学噪声测量记录潜在的采样率和电流波动一点每秒一段1024秒。一个完全自动化的零电阻安培计(ZRA) ACM仪器使用。去除直流潮流的原始噪声数据时噪声分析的第一步,因为这可能会产生大的扭曲在随后的统计数据处理(22- - - - - -24]。为此,趋势的信号通过最小二乘拟合方法和汉宁窗口。最后,噪声电阻成反比的腐蚀速率计算潜在的噪声标准差的比值超过当前噪声标准偏差()。5.0商业软件(起源)被用来执行频率分析FFT(快速傅里叶变换)算法。通过这种方式,噪音阻抗功率谱密度(PSD)在频域。

3所示。结果与讨论

3.1。系统描述

图1介绍了不同硅nanocontainers浓度和涂料混合物反映的二氧化硅粒子的聚集和分散颜料。颜色变化从淡黄色到深一个粒子含量的函数。

在某些情况下,涂层的透明度和图至关重要1介绍了各种silica-concentration涂料。这里,透明度降低浓度的函数,尽管剩下的完全透明的最高浓度的字母在后台照片给证据。

数据2(一个)和2 (b)礼物TEM图像SBA-15二氧化硅粒子,与弯管0.8×0.2微米大小的形式,形成了一个并行命令通道系统约~ 5 nm直径。他们有一个六角形的均匀结构和定义良好的长管。数据2 (c)和2 (d)存在TEM显微图的二氧化硅颗粒沉浸在抑制剂溶解在丙酮、最大的体重增加是观察到的地方。可以看出,大部分的毛孔SBA-15由于缓蚀剂吸附毛孔内更暗。粒子表面,固定在外部通道抑制剂,因此,适合作为一个容器,与涂漆形成了混合聪明的系统。

表1介绍了二氧化硅粒子与不同比例的混合抑制剂内容和准备。

图3介绍了扫描电镜显微照片获得了纳米多孔粒子暴露在环境温度不干燥。注意,水吸附后,粒子容易结块形成SBA-15二氧化硅粒子链,形成一个弯管。

图4介绍了光学显微摄影(5 x)获得的涂层油漆没有和2.5%到10%的二氧化硅粒子系统。图4(一)介绍了油漆没有二氧化硅粒子,一个好的分散涂料的表面可以观察到。

2.5%的二氧化硅粒子浓度提出了粗糙表面由于SBA-15粒子的存在,有轻微结块少量和良好的涂料分散(图4 (b))。5 - 7.5%的二氧化硅粒子的内容,越来越粗糙表面和更高的聚集可以观察(见图4 (c)和4 (d)),一个公平的分散涂料和粒子的表面。10%的内容提供了一个高度rough-painted表面和非常明显的团聚体,暗示几乎零色散的粒子,可以看到在图4 (e)。

图5介绍了10倍放大立体显微图,显示存在SBA-15纳米多孔粒子一样明亮点油漆。在色散可以观察到逐渐增加,固体含量百分比的增长而增长的SBA-15混合物。

表2显示了纳米多孔硅的体重沉浸在三个解决方案与硝酸铁:蒸馏水,1:3蒸馏水丙酮比,丙酮。注意,获得最高的硝酸铁溶液3周期后用丙酮。浸72小时后,体重增加的百分比为61.78%,丙酮后蒸发(2]。

图6介绍了AFM图像获得油漆包括5%纳米多孔二氧化硅粒子(没有抑制剂,图6(一)包含抑制剂(图),并与粒子6 (b))。的数据显示粗糙度涂层表面存在两个不同的条件。粒子没有抑制剂涂层AFM光谱呈现出一幅略微粗糙的表面有一些裂缝由于泡沫的形成而形成涂层被应用于样品。一般来说,可以说,涂层表面光滑,变得粗糙的涂层含有抑制剂nanocontainer 5%。(图的表面轮廓显示了这个条件6 (b))。粒子的峰值表明集聚和良好的凝聚力其中由于固体含量高。

3.2。电化学测量

1厘米的表面²低碳钢焊条用于电化学测试,5% nanocontainers含有抑制剂与颜料混合,并使用0.1 g的涂层。不同抑制剂浓度的1.5,3.1,4.7,和6.2 ppm包含在二氧化硅粒子,是准备(见表1),画样本测试在3%氯化钠溶液,当时使用的极化曲线,见图7。

从极化曲线,可以看出,周围的腐蚀电位−550 mV样本没有抑制剂是大约100 mV阳极的方向移动。活性腐蚀电位−570 mV没有抑制剂,670−−690−685−680 mV不同抑制剂浓度。抑制剂是在阳极分支,产生腐蚀产物和钝化金属(碳钢)的区域。这些腐蚀速率计算中可以看到。阴极部门提出了限流区域由于氧气减少,也是修改与抑制剂的存在。

腐蚀速率()减少解画样本包含1.5,3.1,4.7,和6.2 ppm的抑制剂对测试没有抑制剂(2]。电流密度腐蚀率2.74 mA /厘米²没有抑制剂,2.57,2.09,2.12和2.25 mA /厘米²,分别。因此,最佳的抑制剂性能被发现在3.1 ppm浓度条件。这抑制剂浓度进行了测试在其余的电化学实验。

的腐蚀电位图展示了作为时间的函数8,低碳钢与醇酸涂料样品没有颗粒,以5%的二氧化硅纳米粒子含有3.1 ppm抑制剂浓度。记住表面被划伤了第九天,促进腐蚀。

示例没有免费的腐蚀电位抑制剂提供了积极的潜力和越来越阳极或积极的作为时间的函数。第九天仍然几乎相同,表现出同样的趋势。相反,样本与抑制剂提供了更积极的潜力,尽管在阳极与类似的趋势方向。抓表面后,可能变得更加积极,又开始减少。这种行为与涂层的质量和抑制剂的存在,抓挠后表面,促进腐蚀抑制剂和氧化物的形成,这是显示为增加的潜力。

涂层的电化学噪声测量nanocontainer抑制剂进行了系统观察腐蚀行为作为时间的函数。图9介绍了电化学噪声电阻作为时间的函数,从电化学势获得分歧电化学电流噪声时间序列获得的16天的浸泡(25,26]。

一般来说,噪声电阻获得涂层硅含抑制剂相比仍然高出两个数量级noninhibitor条件。噪声电阻成反比的腐蚀速率意味着抑制剂样品腐蚀一百倍低于样品涂层没有抑制剂。两种情况下观察到的变化在整个实验过程中,可以通过涂层的渗透水和氧气扩散条件促进攻击。氯离子的存在促进金属表面局部腐蚀。第九天,样品表面被划伤,促进腐蚀之前获得的测量和噪声阻力值较低。

然而,噪声电阻较高的样本与抑制剂抑制剂相比,没有它,这表明保护行动的抑制剂的存在腐蚀作用。第二天,腐蚀产物的形成对划痕的金属样品增加了噪声电阻值,注册在整个实验过程中获得的最大价值。趋势减少噪声电阻在这两种情况下可能是由于涂层退化和腐蚀条件的增加;但两个系统阻力值的差异仍然存在,因为抑制剂行动,直到实验结束。

电化学噪声电阻行为反映在电源噪声阻抗光谱从频率分析获得。它是呈现在图10不同时间的浸泡(27- - - - - -29日]。更高的值总是获得涂层含有抑制剂存储粒子。抑制剂的光谱观测样本的不同条件和noninhibitor涂层一是明确的。图10 ()对应于样品沉浸在24和72小时之后,显示更高的值在一天的浸泡。图10 (b)介绍了第九和第十天的浸光谱(抓的一天和一天后),在电源噪声阻抗光谱减少的日子,再次上升后的第二天。这是由于氧化腐蚀和随后形成后的第二天,但两个条件之间的行为仍在测试。浸没式(图10和11天后10 (c))相对应的频谱noninhibitor条件达到类似水平相应的抑制剂内容条件。最后,在实验的最后300和360小时的浸泡后,他们在整个实验过程中所观察到的行为依然存在。更高的能量抑制剂声阻抗值样本,因此较低的腐蚀速率由缓蚀剂作用[27,28]。

噪声电阻相当于极化电阻参数(通过其他电化学技术)代表系统的阻力的总和。声阻抗低门槛的气孔阻力占涂料或保护涂层。孔隙阻力可以归因于噪声电阻时(我)涂层展品孔隙度呈现扩散速率决定步骤机制,(2)当记录数据的采样频率给奈奎斯特频率接近1赫兹(26,30.]。

在这些结果中,电源阻抗光谱噪声,获得的陡峭的斜坡和分支的阴极极化曲线(见图7),建议扩散控制(26,29日]。

16天的沉浸在氯化物溶液后,电极条件的金属样品画没有抑制剂和划痕表面(图显示点状腐蚀(11日)),由于油漆退化和缺乏抑制剂剂。划伤表面局部腐蚀的划痕和腐蚀产物很容易可见(图11 (b))直接行动的侵略性物种加速腐蚀。

然而,电极涂上油漆含有硅nanocontainers和抑制剂在表面(图没有划痕11 (c))是受保护的。一些领域和一些腐蚀产物在金属衬底的表面,可能由于抑制剂的存在,。划伤表面(图11 (d))提出了腐蚀产物的边缘划伤涂层无明显的分层,可能从氧化剂抑制剂的作用30.]。

腐蚀涂料系统提出了提出了性能优良(Rn ~ 1 e7 ohms-cm²)与环氧树脂涂层相比,根据电化学噪声测量之前报道的文献[26,28]。

4所示。结论

一个聪明的氯化腐蚀控制系统的低碳钢中立的解决方案的开发。这包括与二氧化硅混合涂层nanocontainers作为抑制剂容器。最好的实验条件是涂料5%二氧化硅粒子和3.1 ppm Fe(没有₃)₃。电化学测试表明抑制剂和活性成分的性能,硅颗粒作为nanocontainer粒子释放和减缓金属的腐蚀。系统的行动减少腐蚀速率几乎100次,比“涂层只有“腐蚀控制条件。

确认

作者表达了他们的感激之情为金融支持CONACYT授予博士为本文的发展和琳达Uruchurtu修订的纸。

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