СИНТЕЗ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ГИБРИДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ВЕРМИКУЛИТА

АННОТАЦИЯ

В статье исследованы состав и структура гибридных композиций методом ИК- спектроскопии и сканирующего электронного микроскопа. Сопоставление данных показывает, что предлагаемые покрытия не уступают гибридным покрытиям на основе ZnO, ZrO₂, TiO₂ и SiO₂.

ABSTRACT

In the article, the composition and structure of hybrid compositions were studied by the method of IR spectroscopy and scanning electron microscope. A comparison of the data shows that the proposed coating is not inferior to hybrid coatings based on ZnO, ZrO₂, TiO₂ and SiO₂.

Ключевые слова: вермикулит, кротоновый альдегид, эпоксидная смола, антикоррозионная покрытия.

Keywords: vermiculite, crotonaldehyde, epoxy resin, anti-corrosion coatings.

Введение. В силу различных экономических и экологических соображений защита металлов и сплавов от коррозии имеет большое значение в современных металлообрабатывающих производствах [1]. Наиболее ценным и успешным методом предотвращения коррозии и царапания металлов является нанесение внешнего слоя полимерного покрытия на металлическую подложку. Полимерные покрытия широко использовались в качестве барьерного слоя между агрессивными ионами и поверхностью металла для предотвращения коррозии [2, 3]. Этот метод ограничивает контакт поверхности металла с окружающей средой и коррозионные функции, хотя эти покрытия должны быть гибкими, ударопрочными, химически стойкими к окружающей среде, устойчивыми к проникновению влаги, хорошей адгезией и сцеплением. Органические покрытия используются с помощью различных стратегий, включая физическое осаждение из паровой фазы, химическое осаждение из паровой фазы, электрохимическое осаждение, плазменное напыление и золь-гель процессы [4].

Нами разработана новая гибридная композиция, в которое успешно применялись в качестве наполнителей вермикулиты на различных металлических подложках с органическими покрытиями [5, 6]. Известно, что вермикулит является широко распространённым природным минералом, используемым для повышения химической стойкости и механической прочности зольных покрытий. Вермикулит обладают отличным антибактериальным эффектом, антикоррозийными свойствами, высокой прочностью, высокой износостойкостью и термостойкостью, хорошей твердостью. Такие исключительные свойства открывают широкие возможности для промышленного использования, поскольку вермикулит являются экологически безопасными из-за их нетоксичности.

Объекты и методы исследования

В качестве природного минерала использовали вермикулит Тебинбулакского месторождения. Перед использованием вермикулита проводили кислотную обработку 7%-ным раствором соляной кислоты. В течение двух суток. Затем промывали дистиллированной водой до нейтрального состояния и сушили полученную продукт до постоянной массе.

Гибридные покрытия готовили следующим образом: сначала обработали кротонового альдегида (вторичного сырья при синтезе ацетальдегида) аммиаком, после чего для получения покрытия использовали эпоксидную смолу ЭД-20, эпоксидную смолу перемешивали с обработанным кротоновым альдегидом с аммиаком и в качестве наполнителя добавляли кислотно-обработанную вермикулит.

Подготовка подложек. Стальные пластины размерами 150×100×0,6 мм были изготовлены в соответствии со следующими этапами:

Инфракрасные спектры записывали с использованием ИК-Фурье- спектрометра IRAffinity-1S, Япония, между 600 и 4000 см^-1. Морфологию поверхности покрытий, а также морфологию и размер гибридного композита исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ, leo1455vp-leq).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 1 представлены ИК-спектры вермикулита, обработанного с соляной кислотой и покрытия на основе вермикулита. Широкие пики поглощения при волновых числах 3383 и 1635 см^-1 относятся к валентным колебаниям N–H, и C=O кротонилиденимина соответственно. Кроме того, обнаруженный пик поглощения при 1456–1371 см^-1 связан с деформационным колебанием C–H в метиленовой группе, наконец, два пика, расположенные при 781 и 669 см^-1, относятся к колебанию С-С кротонового алдегида соответственно.

Рисунок 1. ИК-спектр вермикулита и покрытия на основе вермикулита

В исходном вермикулите тоже появляются широкие пики, которое относится –ОН группам минералов Mg, Fe, Al и Si, поэтому в исходном вермикулите широкие пики больше чем самого покрытия.

СЭМ-анализ полученного гибридного композитного покрытия и не покрытого стали Ст20 приведена на рис. 2. СЭМ-изображения показывают, что стал Ст20 (рис. 2а) без покрытия имеют гладкую поверхность. На рисунках 2б показаны покрытия, содержащие кротонилиденимина, эпоксидной смолы и вермикулита. Введение в покрытие вермикулита изменяет морфологию поверхности пленок, нанесенных на подложку. Подложка покрыта плотными слоями, состоящими из множества мелких частиц, а шероховатость поверхности увеличивается после обработки. При увеличении содержания вермикулита на поверхности пленок не появляются трещины. Введение в композит вермикулита гибридность изменяет микроструктуру полученного покрытия и формирует на поверхности множество микроотверстий, что может быть связано с образованием твердого раствора между органическими частями и оксидами металлов в вермикулите.

Рисунок 2. СЭМ-изображения стали Ст20 (а) и полученного покрытия (б)

На рис. 2а показана полированная поверхность подложки из нержавеющей стали. На рис. 2б показаны некоторые неровности, такие как несплошности на поверхности, которые могут служить для экранирования проникновения электролита и растворения покрытия на подложке. Существование активного гидроксила в композитах образует крупные агрегаты и придает покрытию стойкость к царапинам. При увеличении содержания вермикулита поверхность оказывалась пористой с неравномерным расположением частиц и неравномерным распределением частиц по размерам.

Таблица 1.

Скорость коррозии образцов без покрытия и образцов с покрытий

Сделан вывод, что расслоение вермикулита играет важную роль, прежде всего, в шероховатости поверхности, которая, в свою очередь, влияет на адгезию, изменяя характеристики границы раздела покрытие-подложка. Для образца, содержащего 0,003 г вермикулита в смеси композитных смол, было получено самое высокое сопротивление царапанью при достаточной эффективности адгезии.

Из таблицы видно, что скорость коррозии синтезированного гибридного композиция не уступает гибридному композиции на основе ZnO, ZrO₂, TiO₂ и SiO₂. Скорость коррозии чистого образца, с покрытием и гибридного композитного покрытия указывает на увеличение антикоррозионных свойств в последовательности: без покрытия ˃ полимерная покрытия ˃ гибридная покрытия. Значения импеданса для образца без покрытия уменьшаются, указывая на то, что покрытие начинает отслаиваться, что, скорее всего, произойдет в пределах размеченной области в результате коррозионного воздействия на границе раздела покрытие/подложка.

Заключение. Синтезированная антикоррозионная гибридная покрытия ингибирует коррозии стали Ст20 с максимальной эффективностью ингибирования 97,98% при комнатной температуре, а защитные свойства самого полимерного покрытия без вермикулита составляет 92,37 %. Также антикоррозионная гибридная покрытия не уступает гибридную композицию на основе ZnO, ZrO₂, TiO₂ и SiO₂. По данным СЭМ-анализа можно видит равномерное распределение и дисперсию неорганических частиц по всей полимерной матрице без какой-либо агломерации, но увеличении содержания вермикулита приводит к неравномерным расположением частицам.

Список литературы:

1. Koch GH, Brongers MPH, Thompson NG, Virmani YP, Payer JH (2005) Cost of corrosion in the United States. Handb Environ Degrad Mater. https://doi.org/10.1016/b978-081551500-5.50003-3
2. Moore B, Asadi E, Lewis G (2017) Deposition methods for microstructured and nanostructured coatings on metallic bone implants: a review. Adv Mater Sci Eng 2:1 – 9.
3. Gebhardt F, Seuss S, Turhan MC, Hornberger H, Virtanen S, Boccaccini AR (2012) Characterization of electrophoretic chitosan coatings on stainless steel. Mater Lett 66:302 – 304.
4. Amiri S, Rahimi A (2016) Hybrid nanocomposite coating by sol –gel method: a review. Iran Polym J 25:559 – 577.
5. Dias SAS, Lamaka SV, Nogueira CA, Diamantino TC, Ferreira MGS (2012) Sol – gel coatings modified with zeolite fillers for active corrosion protection of AA2024. Corr Sci 62:153 – 162.
6. Schem M, Schmidt T, Gerwann J, Wittmar M (2009) CeO2-filled sol – gel coatings for corrosion protection of AA2024-T3 aluminium alloy. Corros Sci 51:2304 – 2315.