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高性能纳米级保护

高性能纳米级保护

原载于 2019年7月8日欧洲涂料之旅

新一代高交联密度防腐蚀涂料技术. 作者:Atman Fozdar, Ronald Lewar- chik, Raviteja Kommineni,化学动力有限责任公司,美国.

图1:RA Exp1穿透铁锈并与母材结合的机理示意图.

一种创新技术,提供更好的性能, 节省材料和人工成本,无需环氧底漆. 单组分聚合物渗透剂与腐蚀的母材发生反应,形成持久粘结,增加结构的有效使用寿命. 该涂层技术具有深远的应用前景, 例如在离岸应用中, 化工加工及汽车翻新.

低碳钢由于价格低廉,是各种应用中使用最广泛的合金之一, 供应充足,制造简单. 但是,钢材的腐蚀是运输行业面临的主要问题之一.g. 汽车,飞机,船舶)和基础设施(e.g. 管道, 建筑, 桥梁, 石油钻井平台, 炼油厂)工业,直接影响其结构完整性, 导致钢结构的安全和维护问题. 根据NACE国际发布的研究[2], 腐蚀造成的损失超过2美元.每年5万亿美元. 有不同的方法来对抗腐蚀,如, 采用缓蚀衬里, 电镀, 有机高分子涂层和化学气相沉积. 在金属基板上涂有机保护层, 尤其是铝和钢铁, 是否有一种有效的方法来保护这些衬底免受严重腐蚀环境的影响. 有机涂层可以通过三个主要机制最大限度地减少金属基体的腐蚀:屏障, 牺牲和抑制.

由于各种原因,澳门买球经常在钢结构上看到腐蚀的早期迹象. 这可能是由于保护涂层的表面准备或应用不佳,也可能是酸雨等环境因素造成的, 高湿度, 温度变化, 水汽凝结, 化学烟雾, 和溶解气体的情况下,结构淹没在水或土壤. 在以上列出的因素中, 表面处理不当是导致钢结构腐蚀的最重要因素之一,可导致在其有效使用寿命结束前结构完整性和结构丧失. 在观察到腐蚀的初始迹象后,是否有办法保护结构, 无需经过诸如去除涂层等劳动强度较大的工作, 清洁——荷兰国际集团(ing), 前处理和重涂, 那么这样就可以大大增加它的使用寿命, 更有效率和更经济.

表1:RA Exp1与其他体系理化性质的比较.

结果一览

  • 澳门买球开发了一种单组分聚合物渗透剂,可以在清洁或轻度腐蚀的钢/铝表面进行或不进行表面处理.
  • 涂层中含有纳米级的反应性材料,这些材料首先穿透铁锈,然后迁移到未腐蚀的金属表面, 聚合形成高度交联和保护网络.
  • 经过清洗的预处理钢表面的结果可以超过10,000小时盐雾,没有水泡或书记爬行时,顶部涂层.
  • 新的创新技术提供了更好的性能, 无需环氧底漆, 节省人力和材料成本.

实验

在RA Exp1中使用的低分子量低聚物的一个独特方面, 在树脂骨架和低分子量活性稀释剂上是否普遍存在三种类型的活性不饱和. 这三种类型的双键提供了一种协同固化机制,导致辅助固化性能和高交联密度,抑制可溶性盐和水分的渗透. 当该树脂共混物与有机改性锌、铝、钼、水合正磷酸盐、5-亚硝基异眼酸锌和独特的导电颗粒等缓蚀剂颜料相结合时,耐腐蚀性进一步提高. 图中显示了RA Exp1如何穿透铁锈 图1. 穿透基材表面后, 低分子量不饱和单体和低聚物, 与其他反应位点形成化学键/交联, 形成一个高度交联的网络,不受水分和其他可溶盐的渗透,从而加剧腐蚀.

通过添加超疏水纳米结构二氧化硅[3]制备了RA Exp1的疏水和超疏水变体. 该添加剂是天然的超疏水,具有亲水性/疏水性位点,并产生体积疏水涂层. 因此, 即使固化涂层的表面由于现场经历的正常磨损而磨损, 下面的几层仍然可以抵挡水分. 澳门买球为RA Exp1(添加和不添加添加剂)和2组分聚氨酯面漆(添加和不添加添加剂)制定了单独的实验设计。.

盐雾测试中的防护效果

将添加和不添加添加剂的RA Exp1应用于锌镍处理的冷轧钢基体上, 然后在表面涂上2k聚氨酯涂层,每层加和不加添加剂,干膜厚度分别为125 μm (DFT). 盐雾试验在盐雾柜中进行,符合ASTM B117标准, 之后,所有的面板在室温下固化7天. 有人工缺陷的涂覆板(划痕尺寸为106毫米x 2毫米), 使用1毫米划线工具创建)用于加速腐蚀过程. 所有涂层板以45°角放置在试验箱中,并与5.0 wt.% NaCl溶液40°C. 凝结水收集速率和相对湿度均不小于1.0 to 2.0毫升/小时每80平方厘米(水平收集区)和95%. 对涂层的保护性能进行了进一步的研究,重点研究了10℃后涂层试样表面腐蚀或损坏区域的大小和分布,在盐雾中暴露了1万小时.

图2 显示了10,000小时的盐雾博览会-当然, 使用RA Exp 1作为底漆和2K聚氨酯面漆的四种系统中有三种显示没有划痕或表面起泡和/或腐蚀. 最上面的四张照片显示了10分钟后不同的系统,经过000小时的盐雾测试,下面四张照片显示了使用脱漆器去除涂层下半部分后,涂层(相同系统)下面的腐蚀程度.

由于导电纳米粒子的低阻抗

通过对磷酸锌预处理冷轧钢进行EIS,研究了RA Exp1的屏障保护性能, 将其结果与市场上现有的基于常规2组分环氧树脂和湿固化聚氨酯体系的涂料进行了比较. 一种三电极涂料测试电池(参考电极:饱和甘汞电极(SCE)), 对电极:工作电极:钢样品14.6 cm2面积)进行EIS测量[1]. 在开路电位(OCP)下进行阻抗量化,该电位保持在0.1至100千赫,振幅正弦电压±60 mV. 4个样品(RA Exp1, 2k环氧树脂和两个湿固化聚氨酯样品)浸泡在40ml NaCl溶液(3.5 wt.%)和EIS测量在40天内进行.

Bode和Nyquist初始图(图3一 & 3b 分别)表明所有涂层变化都表现出具有高阻抗值的电容性行为. 与其他对照样品相比,RA Exp1的阻抗值相对较低, 这可以归因于涂层的导电/防静电性质,因为添加了导电纳米颗粒和添加剂来增强耐腐蚀性.

图2:ASTM B117, 10000小时盐雾暴露.
图3a: RA Exp1、2K环氧树脂、湿固化聚氨酯的波德图 & 2(初始). 图3b: RA Exp1、2K环氧树脂、湿固化聚氨酯1的Nyquist图 & 2(初始).
图4a: RA Exp1、2K环氧树脂、湿固化聚氨酯的波德图 & 2、暴露50天(1000小时)后.
图4b: RA Exp1、2K环氧树脂、湿固化聚氨酯的Nyquist图 & 2、暴露50天(1000小时)后.

更大的抵抗电解质扩散

图6 显示了由半渗透涂层保护的金属基板的简化等效电路, 忽略涂层电阻的大小可以忽略不计. 等效电路网络中电路元件的值可以直接表征涂层性能. 通过拟合等效电路模型提取的孔隙电阻(Rp)值作为曝光时间的函数,可用于比较各种涂层体系的性能和排名. 图5 图中显示了孔隙阻力(RP)对的对数. 曝光时间(小时), 表明2K环氧树脂的Rp随着时间的推移而减小,而, RA Exp1, 湿固化的氨基甲酸乙酯1和氨基甲酸乙酯2对于1几乎是恒定的,暴露在3.5% NaCl溶液.

浸泡1000小时后,经水固化的聚氨酯样品的阻抗值为1 & 而RA Exp1和2K环氧树脂则能保持其阻抗值而不出现明显下降. 如 图4一 & 4b时,湿固化聚氨酯2的性能由1常数变为2常数. This could be due to the diffusion of electrolyte to 涂层 and substrate interface; hence, 涂层下可形成双层. 其他样品包括RA Exp1, 没有观察到这种行为,这表明涂层更能抵抗电解质和可溶性盐的扩散.

RA Exp1, 以125 μm干膜厚度(DFT)将2K环氧树脂和各种湿固化聚氨酯体系喷涂在干净的磷酸锌预处理冷轧钢板和砂制冷轧钢板上,并在室温下固化7天,然后表征其物理和力学性能. 表1 提供了一个物理和化学性质的新技术与其他系统的比较.

图5:孔隙阻力(Rp) Vs. 曝光时间.
图6:EIS测试等效电路图.
图7:RA Exp1、2K环氧树脂和湿固化聚氨酯1的TGA曲线/分解温度 & 2.

在极端条件下的潜在用途

对RA Exp1、2K环氧树脂和湿固化聚氨酯1进行热重分析(TGA) & 2. 结果表明,RA Exp1具有较高的分解温度,为463.74°C,而其他涂层的分解温度在430-440°C (图7). 该研究证实,RA Exp1可以潜在地用于涂层暴露在极端条件下的环境,如高温i.e. 锅炉、化工设备、压力容器等.

高性能两层腐蚀防护

这项新技术极大地提高了金属基体的耐腐蚀性,如预处理铝, 锌镍处理的冷轧钢, 表面镀RA Exp1的轻锈钢和磷酸锌冷轧钢. 结果表明,更好的面部抗水泡, 符合ASTM B117标准的耐蠕变性能和整体抗腐蚀性优于在此工作范围内测试的所有其他系统. 每次TGA分析的较高分解温度表明RA Exp1在高温应用中的潜在用途. 不同乙烯基聚合反应和RA Exp1氧化固化的反应动力学尚未完全确定,仍然是一个研究课题.

该技术的潜在应用包括:用于维护和维修的高性能保护涂料, 汽车再加工, 工业应用, 产品完成, 海上应用,如石油钻塔和炼油厂, ACE行业, 以及锅炉, 化学处理设备和加压容器.

总之, 这种新一代的创新保护涂料和超疏水保护涂料在两层体系中为行业提供了无与伦比的腐蚀保护.

三个问题问阿特曼·福兹达尔

为了达到最佳的固化效果,你建议在什么温度下固化? 涂层 可以在环境温度下固化,类似于大多数涂层的固化维护和 在现场的修复应用,但也可以通过热烘烤加速固化. 对于环境条件 tion, 7天后达到完全性能.

实验室结果在实际情况下检验过吗? 主体涂层已涂好 在多种基材上,如冷轧钢, 磷酸锌冷轧钢, 热轧钢, 2024 & 7075铝预处理与六价铬密封,镉处理面板(使用 在航空航天中)与锌镍处理基板一起(用于航空航天和汽车). 加速者- - - - - - 如UV-A曝光,ASTM B117盐雾,克利夫兰冷凝湿度试验 随着现实生活暴露在一些温暖的气候地区附近的沿海地区目前 被测试.

你提到的高温负载薄膜是否仍然耐腐蚀? 涂层 暴露于温度超过350-400°C但低于450°C且饱和的物体 蒸汽暴露在盐雾暴露几周后表现良好(正在进行测试). 然而, 该测试在受控的实验室条件下进行. 实地评价仍是一个研究课题.

[1] MertenB.涂层电化学阻抗谱(EIS)评价报告“ST-2016-7673-1”2015.
[2] NACEInternational-http: / / inspectioneering. 安. 2016
[3]辛普森. 等. 2015年代表. 掠夺. 理论物理. 78 086501.

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