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纳米级高性能保护

高性能纳米级保护

最初发表于 欧洲涂料之旅07/08/2019

新一代高交联密度防腐蚀涂层技术. 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.

一种能提高性能的创新技术, 节省材料和劳动力成本,并消除了环氧底漆的需要. 单组分聚合物渗透剂与被腐蚀的母材发生反应,形成持久的粘结,增加结构的使用寿命. 这种涂层技术具有深远的潜力, 例如在离岸应用程序中, 化学处理和汽车复饰.

低碳钢由于成本低,是各种应用中最常用的合金之一, 供应充足,制造方便. 但是钢的腐蚀是运输面临的主要问题之一.g. 汽车、飞机、船舶)和基础设施.g. 管道, 建筑, 桥梁, 石油钻井平台, 炼油厂)直接影响其结构完整性的工业, 导致与钢结构的安全和维护相关的问题. 根据NACE国际[2]发表的研究, 腐蚀造成的损失超过2美元.每年5万亿. 有不同的方法来防止腐蚀,例如, 使用缓蚀剂衬里, 电镀, 有机聚合物涂层和化学气相沉积. 在金属基材上应用有机保护层, 特别是铝和钢, 这是保护这些基材免受严重腐蚀环境的有效方法吗. 有机涂层可以通过三种主要机制减少金属基底的腐蚀:屏障, 牺牲和抑制.

由于各种原因,十大彩票平台经常在钢结构上看到腐蚀的早期迹象. 它可能是由于不良的表面准备或应用保护涂层或可能的环境因素,如酸雨, 高湿度, 温度变化, 水气凝结, 化学烟雾, 和溶解气体的情况下,结构淹没在水或土壤. 在上述因素中, 表面处理不当是导致钢结构腐蚀的最重要因素之一,可能导致钢结构在使用寿命结束前失去结构完整性和结构. 在观察到最初的腐蚀迹象后,是否有保护结构的方法, 无需经过劳动密集型的工作,如去除涂层, 清洁——荷兰国际集团(ing), 前处理和重涂应用, 这样可以大大增加它的使用寿命, 更有效率及更经济.

表1:RA Exp1与其他体系的物理化学性质比较.

结果概览

  • 十大彩票平台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.
  • 该涂层包含纳米级活性材料,首先渗透到铁锈,然后迁移到未被腐蚀的金属表面, 聚合形成高度交联的保护性网络.
  • 结果超过清洗前处理的钢表面可超过10,000小时的盐雾喷涂,表面涂覆时无水泡或划线蠕变.
  • 新的创新技术提供了更好的性能, 无需涂环氧底漆, 并节省劳动力和材料成本.

实验

用于RA Exp1的低分子量寡聚物的一个独特方面, 是否在树脂骨架和低分子量活性稀释剂上普遍存在三种活性不饱和. 这三种类型的双键提供了一种协同固化机制,导致了辅助固化性能和高交联密度,抑制了可溶性盐和水分的渗透. 该树脂共混物与有机改性锌铝钼水合物、5-硝基间苯二甲酸锌等缓蚀剂颜料和独特的导电颗粒相结合,可进一步提高其耐蚀性. RA Exp1如何穿透铁锈的图示见 图1. 在基材表面穿透后, 低分子量不饱和单体和低聚物, 与其他反应位点的化学键合/交联, 形成一个高度交联的网络,不透水和其他可溶性盐,加重腐蚀.

通过添加超疏水纳米织构二氧化硅[3],制备了RA Exp1的疏水和超疏水变化. 这种添加剂是天然的超疏水的,具有亲水/疏水位点,并产生体积疏水涂层. 因此, 即使固化涂层的表面由于在现场经历的正常磨损而磨损, 下面的层仍然会防潮. 十大彩票平台为RA Exp1(添加和不添加添加剂)和双组分聚氨酯面漆(添加和不添加添加剂)制定了一个单独的实验设计。.

盐雾试验中演示的保护

将添加和不添加添加剂的RA Exp1分别应用于锌镍处理的冷轧钢板基体上, 然后,在每个干膜厚度(DFT)为125 μm的情况下,涂上2k的聚氨酯涂层,加添加剂和不加添加剂. 根据ASTM B117标准,在盐雾箱中进行盐雾试验, 之后,所有面板在室温下固化7天. 有人工缺陷(106 mm × 2 mm划痕)的涂层板, 使用1毫米刻划工具)来加速腐蚀过程. 所有的涂层板被放置在一个45°角的测试室中,并暴露于5.0 wt.% NaCl溶液,40℃. 凝结水收集速率和相对湿度至少为1.0 to 2.0 ml/h / 80cm2(水平采集面积)和95%. 进一步研究了涂层的保护性能,重点研究了涂层表面腐蚀或损伤区域的大小和分布,000小时的盐雾暴露.

图2 显示了10,1000小时的盐雾博览会——当然, 四种系统中的三种以RA Exp 1作为底漆和2K聚氨酯面漆显示没有划痕或面起泡和/或腐蚀. 前四张照片显示了10年后不同的系统,000小时的盐雾和底部的四张照片显示了(同一系统的)涂层下半部用脱漆剂去除后的腐蚀程度.

由于导电纳米颗粒,阻抗低

采用EIS对磷酸锌预处理的冷轧钢板进行屏障防护性能研究, 将所得结果与以常规双组份环氧树脂和湿固化聚氨酯体系为基础的商用涂料进行了比较. 一种三电极涂料测试池(参考电极:饱和甘汞电极(SCE)), 对电极:工作电极:钢样中14.6cm2面积)用于执行EIS测量[1]. 在开路电位(OCP)保持在0的频率范围内进行阻抗定量.1至100 KHz,振幅正弦电压±60毫伏. 四个样本(RA Exp1, 2k环氧树脂和两个湿固化的聚氨酯样品)浸泡在40 mL NaCl溶液中(3.5 wt.%)和EIS测量在40天内进行.

初始Bode和Nyquist图(图3一 & 3b )表明,所有涂层的变化都表现出高阻抗值的电容性. 与其他对照样品相比,RA Exp1的阻抗值相对较低, 这可能是由于添加了导电纳米粒子和添加剂来增强耐蚀性,涂层的导电/防静电特性.

图2:ASTM B117, 10,000小时盐雾暴露.
图3a: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯的伯德图 & 2(初始). 图3b: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯的Nyquist图 & 2(初始).
图4a: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯的伯德图 & 2、暴露50天(1000小时)后.
图4b: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯的Nyquist图 & 2、暴露50天(1000小时)后.

更大的抗电解质扩散

图6 展示了半渗透涂层层保护的金属基板的简化等效电路, 忽略可以忽略不计的涂层阻力. 等效电路网络中电路元件的值可以直接表征涂层的性能. 通过拟合等效电路模型得到的孔隙电阻(Rp)值作为曝光时间的函数,可以用来比较各种涂层系统的性能和排序. 图5 图中为孔隙电阻(RP)与. 曝光时间(小时), 说明2K环氧树脂的Rp随着时间的推移而降低,而, RA Exp1, 湿固化聚氨酯1和聚氨酯2对1几乎是恒定的,000小时暴露在3.5% NaCl溶液.

浸泡1000小时后,湿固化聚氨酯样品的阻抗值为1 & 而RA Exp1和2K环氧树脂能够维持它们的阻抗值而不显示出明显的下降. 所示 图4一 & 4b,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, 涂层层以下可形成双层涂层. 其他样品包括RA Exp1, 没有观察到这种行为,这表明涂层更耐电解质和可溶性盐的扩散.

RA Exp1, 2 k环氧树脂和各种潮气聚氨酯系统喷雾应用清洁预处理的冷轧钢材磷酸锌和沙地的冷轧钢材板在125μm干膜厚度(DFT)和在环境温度下可以治愈一段7天前描述的物理和机械性能. 表1 提供了新技术与其他系统的物理和化学性质的比较.

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

在极端条件下的潜在用途

热重分析(TGA)对RA Exp1, 2K环氧树脂和湿固化聚氨酯1 & 2. 结果表明,RA Exp1的分解温度较高,为463.而其他涂层的分解温度在430-440℃(图7). 这项研究证实,RA Exp1可能用于涂料暴露在极端条件下的环境中,如高温和高温.e. 锅炉、化工加工设备、加压容器等.

高性能双涂层防腐保护

这种新技术显著提高了金属基体的耐蚀性,例如:预处理过的铝, 锌镍处理的冷轧钢板, 轻锈钢和经磷酸锌处理的涂有RA Exp1的冷轧钢板. 结果表明,较好的抗面疱性, 根据ASTM B117的抗蠕变性能和整体抗腐蚀性能优于在此工作范围内测试的所有其他系统. 根据TGA分析,更高的分解温度表明了RA Exp1在高温应用方面的潜在用途. 不同的乙烯基聚合反应和RA Exp1氧化固化的反应动力学还没有完全定义,仍然是一个研究的课题.

该技术的潜在应用包括:用于维护和维修的高性能防护涂料, 汽车再加工, 工业应用, 产品完成, 海上应用,如石油钻机和炼油厂, ACE行业, 还有锅炉, 化工加工设备和加压容器.

总之, 这新一代的创新保护涂层和超疏水保护涂层提供了行业无与伦比的双涂层系统的腐蚀保护.

问阿特曼·福兹达3个问题

你推荐什么温度的固化达到最佳效果? 涂层 能否在环境温度下固化,类似于大多数涂料的固化维护和 修复应用在现场,但固化也可以加速热烘烤. 环境赖斯- 7天后就可以获得全部的属性.

你在现实条件下测试过实验室的结果吗? 课题涂层已经应用 在多种基底上,如冷轧钢板, 磷酸锌冷轧钢材, 热轧钢, 2024 & 7075铝预处理六价铬密封剂,镉处理面板(使用 航空航天中)以及锌镍处理的基板(用于航空航天和汽车). 加速者- - - - - - 如UV-A曝晒,ASTM B117盐雾,克利夫兰冷凝湿度试验 随着现实生活中暴露在一些温暖的气候地区附近的沿海地区,目前 被测试.

你提到的高温加载膜还耐腐蚀吗? 涂层 暴露在温度超过350-400°C但小于450°C的物体,并饱和 经过几周的盐雾暴露(正在进行的测试),蒸汽暴露效果良好。. 然而, 这项试验是在受控的实验室条件下进行的. 现场评估仍是一个研究课题.

[1] MertenB.《十大彩票平台》2015.
[2] NACEInternational-http: / / inspectioneering. com/news/2016-03-08/5202/nace-study-估计全球-成本- 25万亿-腐蚀的安. 2016
[3]辛普森J. 等. 2015年代表. 掠夺. 理论物理. 78 086501.

特色照片:来源:尼古拉·扎布尔达夫-斯托克.adobe.com

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