Синтез, характеристика и защитная эффективность нового предшественника полибензоксазина в качестве антикоррозионного покрытия для мягкой стали.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5581 (2023) Цитировать эту статью

1108 Доступов

5 цитат

Подробности о метриках

В данном исследовании 2-[(E)-(гексилимино)метил]фенол (SA-Hex-SF) был синтезирован добавлением салицилового альдегида (SA) и н-гексиламина (Hex-NH2), который впоследствии был восстановлен боргидридом натрия до производят 2-[(гексиламино)метил]фенол (SA-Hex-NH). Наконец, SA-Hex-NH прореагировал с формальдегидом с образованием мономера бензоксазина (SA-Hex-BZ). Затем мономер подвергали термической полимеризации при 210 °C с получением поли(SA-Hex-BZ). Химический состав SA-Hex-BZ исследовали с помощью ИК-Фурье, 1H- и 13C-ЯМР-спектроскопии. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), термогравиметрический анализ (ТГА), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) и рентгеновская дифракция (XRD) соответственно использовались для изучения термического поведения, морфологии поверхности и кристалличности SA-Hex- BZ и его полимер PBZ. Мягкую сталь (MS) покрывали поли(SA-Hex-BZ), который быстро получали с использованием методов нанесения покрытия распылением и термического отверждения (MS). Наконец, электрохимические испытания были использованы для оценки антикоррозионных свойств поли(SA-Hex-BZ)-покрытия на MS. Согласно этому исследованию, покрытие поли(SA-Hex-BZ) было гидрофобным, а эффективность коррозии достигала 91,7%.

Предвидя появление специалистов по разрушению и работая в качестве связанных границ, органические покрытия часто использовались для защиты от коррозии металлов и стали1. Основные стратегии предотвращения неблагоприятной коррозии мягкой стали в ходе промышленных процессов включают использование органических покрытий, устойчивых к коррозии. Такое поддержание контакта с подавлением устойчивости и созданием барьера, предотвращающего проникновение агрессивных веществ, считалось доступным и практичным решением2,3. Скорость транспорта ионов и влаги через полимерную сетку покрытия часто использовалась для характеристики защитных барьерных свойств покрытия3. Покрытия PBZ с относительно высоким риском могут лучше прилипать к металлическим подложкам и противостоять коррозии, когда в них включены определенные функциональные группы4,5. Недавно стальные поверхности были покрыты защитными пассивными оксидными слоями, состоящими из электроактивных частиц на основе PBZ, для предотвращения коррозии6,7. По аналогии, покрытие мягкой стали (MS) отверждаемым полибензоксазином (PBA-ddm) позволило добиться хорошего ингибирования коррозии и снижения скорости коррозии на два порядка по сравнению с MS7 без покрытия. Сетчатая структура полибензоксазинов (ПБЗ) включает внутри- и межмолекулярные водородные связи, которые придают полибензоксазинам множество желательных характеристик, выдающиеся механические и изоляционные характеристики8,9, в дополнение к высокой термической стабильности, высоким температурам стеклования, высоким выходам угля, почти незначительной усадке при полимеризация, низкая поверхностная свободная энергия и более высокое поглощение влаги. Мономеры бензоксазина обычно получают с помощью реакций Манниха с фенолами, первичными аминами и формальдегидом и могут легко полимеризоваться путем термического отверждения без катализатора и без выделения каких-либо побочных продуктов при полимеризации с раскрытием цикла (ROP)10,11. К высокоэффективным полимерам с хорошими механическими, химическими и термическими свойствами относятся PBZ и ароматические полиимиды12. Для уменьшения коррозии недрагоценных металлов использовались различные способы, среди которых одними из самых простых и известных были ингибиторы13. Характеристики этого мономера и полученных PBZ можно улучшить, используя значительные уровни структурной гибкости в дизайне и функционализации, которые присутствуют в мономерах бензоксазина. Это увеличило разнообразие возможных применений этих мономеров. Например, когда в основную цепь бензоксазина вводили звено сульфоновой кислоты, полученные PBZ демонстрировали превосходную кислотостойкость и низкую проницаемость для метанола, а также хорошую термическую стабильность в топливных элементах на основе метанола; они были хорошим материалом для водородных мембран14. Соевые бобы (SE) использовались для ингибирования коррозии углеродистой стали в серной среде15. Было обнаружено, что ПБЗ является перспективным матричным материалом, но даже для более эффективного использования в космической среде его необходимо укрепить против атомарного кислорода (АО), ультрафиолета (УФ), ионизирующего, вакуумно-ультрафиолетового (ВУФ), и тепловые циклы16,17. Различные материалы, особенно полимеры, красители, пигменты и полупроводниковые устройства, разрушались под воздействием УФ-излучения18. Полимерные материалы выдерживают постоянный износ, что в результате влияет на их свойства19,20. Производители использовали полибензоксазиновые покрытия, например, для электроники, огнестойкие и супергидрофобные покрытия при повышенных температурах21,22,23. Для расширения области применения полибензоксазинов на стальные поверхности было нанесено антикоррозионное покрытие на основе силанового полибензоксазина. Это покрытие эффективно снизило скорость коррозии стали, поскольку ток коррозии был в пять раз ниже, чем у чистой поверхности MS24. На поверхности МС были получены гидрофобные полибензоксазиновые (ПБА-а) покрытия на основе бисфенола А. Согласно исследованиям, покрытие PBA-a в MS показало превосходную стойкость к коррозии по сравнению с покрытием из эпоксидной смолы7. П-фенилендиаминбензоксазин и коммерческий бисфенол А на основе бензоксазина также использовались в качестве антикоррозионного покрытия на алюминиевом сплаве 105025. Недавние исследования показали эффективность производных ПБЗ, полученных из материалов биологического происхождения, включая растительное масло, в ингибировании коррозии стали, покрытой сплавом Zn-Mg-Al15,26,27. Эти исследования показали, что ПБЗ могут использоваться в качестве агрессивных материалов28. Новый тип предшественника PBZ, называемый бензоксазиновым полимером с основной цепью (MCBP), содержал сшиваемые бензоксазиновые кольца внутри основной цепи полимера29. С использованием диамина, бисфенола А, а также параформальдегида был синтезирован высокомолекулярный ПБЗ30. Согласно результатам испытаний на ударную вязкость, термореактивные реактопласты PBZ с более высокой молекулярной массой, полученные из MCBP, более долговечны, чем любые из термореактивных материалов, изготовленных из более распространенного PBZ с более низкой молекулярной массой. Комбинация изомеров параформальдегида, диаминов и бисфенола-F использовалась для получения хороших физических и механических характеристик MCBP31. Сообщалось также, что производные пиримидина являются эффективным экологически чистым ингибитором коррозии в кислых средах32. Улучшение способности мягкой стали противостоять коррозии в кислой среде за счет использования уникальных углеродных точек в качестве зеленого ингибитора коррозии33. Здесь мы синтезировали новый мономер бензоксазина (SA-Hex-BZ) посредством конденсации основания Шиффа н-гексиламина с SA с последующим восстановлением основного соединения Шиффа боргидридом натрия и, наконец, замыканием кольца формальдегидом в 1,4-диоксане (DO ) при 100 °С [рис. 1], химическое строение которых подтверждено методами FTIR 1H и 13CNMR. Термическая стабильность, поведение при термическом отверждении и морфология поверхности SA-Hex-BZ и поли(SA-Hex-BZ) были подтверждены методами ТГА, ДСК и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). На поверхность МС мономер SA-Hex-BZ был распылен и термически отвержден. Результаты измерения потенциалов холостого хода (OCP) показали, что наше поли(SA-Hex-BZ) покрытие имеет превосходные антикоррозионные характеристики.