Sintesi, caratterizzazione ed efficienza protettiva del nuovo precursore della polibenzossazina come rivestimento anticorrosivo per l'acciaio dolce

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5581 (2023) Citare questo articolo

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In questo studio, il 2-[(E)-(esilimino)metil]fenolo (SA-Hex-SF) è stato sintetizzato aggiungendo salicilaldeide (SA) e n-esilammina (Hex-NH2), che è stata successivamente ridotta mediante boroidruro di sodio a produrre 2-[(esilammino)metil]fenolo (SA-Hex-NH). Infine, SA-Hex-NH ha reagito con formaldeide per dare un monomero di benzossazina (SA-Hex-BZ). Quindi, il monomero è stato polimerizzato termicamente a 210 °C per produrre il poli(SA-Hex-BZ). La composizione chimica di SA-Hex-BZ è stata esaminata utilizzando la spettroscopia NMR FT-IR, 1H e 13C. La calorimetria differenziale a scansione (DSC), l'analisi termogravimetrica (TGA), la microscopia elettronica a scansione (SEM) e la diffrazione di raggi X (XRD), rispettivamente, sono state utilizzate per esaminare il comportamento termico, la morfologia superficiale e la cristallinità del SA-Hex- BZ e il suo polimero PBZ. L'acciaio dolce (MS) è stato rivestito con poli(SA-Hex-BZ) che è stato rapidamente preparato utilizzando tecniche di rivestimento a spruzzo e polimerizzazione termica (MS). Infine, i test elettrochimici sono stati utilizzati per valutare il rivestimento in poli(SA-Hex-BZ) su MS come capacità anticorrosione. Secondo questo studio, il rivestimento in poli(SA-Hex-BZ) era idrofobo e l’efficienza della corrosione ha raggiunto il 91,7%.

Anticipando l'arrivo degli specialisti della distruzione e funzionando come confini attuali collegati, i rivestimenti organici venivano spesso utilizzati per resistere alla corrosione nei metalli e nell'acciaio1. Le principali strategie per prevenire la corrosione sfavorevole dell’acciaio dolce durante i processi industriali includono rivestimenti organici resistenti alla corrosione. Questo mantenimento del contatto con l'inibizione della resistenza e la creazione di una barriera che impedisca il passaggio di specie corrosive è stata quindi ritenuta una soluzione economica e pratica2,3. Le velocità di trasporto degli ioni e dell'umidità attraverso la rete polimerica di un rivestimento venivano spesso utilizzate per caratterizzare le proprietà di barriera protettiva di un rivestimento3. I rivestimenti PBZ ad alto rischio potrebbero aderire meglio ai substrati metallici e resistere alla corrosione quando particolari gruppi funzionali fossero incorporati in essi4,5. Recentemente, le superfici di acciaio sono state ricoperte con strati protettivi di ossido passivo composti da specie elettroattive a base di PBZ per inibire la corrosione6,7. Per analogia, la copertura dell’acciaio dolce (MS) con polibenzossazina induribile (PBA-ddm) ha ottenuto una buona inibizione della corrosione e una riduzione di due ordini di grandezza della velocità di corrosione rispetto a quella generata dall’MS7 non rivestito. La struttura della rete di reticolazione delle polibenzossazine (PBZ) coinvolge legami idrogeno intra e intermolecolari che hanno offerto alle polibenzossazine molte caratteristiche desiderabili, eccezionali caratteristiche meccaniche e isolanti8,9, oltre a elevata stabilità termica, elevate temperature di transizione vetrosa, elevate rese di char, ritiro quasi minimo polimerizzazione, bassa energia libera superficiale e maggiore assorbimento di umidità. I monomeri di benzossazina venivano comunemente prodotti tramite reazioni di Mannich di fenoli, ammine primarie e formaldeide e potevano facilmente polimerizzare mediante polimerizzazione termica senza un catalizzatore e senza rilasciare alcun sottoprodotto nella loro polimerizzazione con apertura dell'anello (ROP)10,11. I polimeri ad alte prestazioni con buone proprietà meccaniche, chimiche e termiche includono PBZ e poliimmidi aromatiche12. Sono stati impiegati vari modi per ridurre la corrosione dei metalli di base, tra i quali gli inibitori erano uno dei più semplici e conosciuti13. Le prestazioni di questo monomero e delle PBZ risultanti potrebbero essere migliorate sfruttando i livelli significativi di flessibilità strutturale nella progettazione e nella funzionalizzazione che erano presenti nei monomeri di benzossazina. Ciò ha aumentato la varietà di possibili usi per questi monomeri. Quando un'unità di acido solfonico è stata inserita nella struttura della benzossazina, ad esempio, i PBZ risultanti hanno mostrato un'eccellente resistenza agli acidi e una bassa permeabilità al metanolo con una buona stabilità termica nelle celle a combustibile a base di metanolo; erano un buon materiale per le membrane all'idrogeno14. La soia (SE) è stata utilizzata per inibire la corrosione sull'acciaio al carbonio in ambiente solforico15. Si è scoperto che il PBZ è un materiale di matrice promettente, ma anche se deve essere utilizzato in modo più efficiente nell'ambiente spaziale, deve essere rafforzato contro l'ossigeno atomico (AO), l'ultravioletto (UV), gli ionizzanti, l'ultravioletto sotto vuoto (VUV), e cicli termici16,17. Vari materiali, in particolare polimeri, coloranti, pigmenti e dispositivi a semiconduttore, sono stati degradati dalla luce UV18. Di conseguenza, i materiali polimerici sono sopravvissuti al deterioramento permanente, influenzandone le proprietà19,20. I produttori hanno utilizzato rivestimenti in polibenzossazina, ad esempio rivestimenti elettronici, resistenti al fuoco e super idrofobici a temperature elevate21,22,23. Per aumentare la varietà di applicazioni delle polibenzossazine, il rivestimento anticorrosivo di polibenzossazina funzionalizzato con silano è stato applicato alle superfici di acciaio. Questo rivestimento ha effettivamente ridotto il tasso di corrosione dell’acciaio poiché la corrente di corrosione era cinque volte inferiore a quella di una superficie MS pura24. Sulla superficie della MS sono stati prodotti rivestimenti idrofobici di polibenzossazina (PBA-a) a base di bisfenolo A. Secondo gli studi, il rivestimento PBA-a nel MS ha mostrato una resistenza alla corrosione superiore rispetto al rivestimento in resina epossidica7. Anche la P-fenilene diammina benzossazina e il bisfenolo A commerciale a base di benzossazina sono stati utilizzati come rivestimento resistente alla corrosione sulla lega di alluminio 105025. Studi recenti hanno dimostrato l’efficienza dei derivati ​​PBZ sviluppati da materiali di origine biologica, compreso l’olio vegetale, nell’inibire la corrosione dell’acciaio rivestito con lega Zn–Mg–Al15,26,27. Questi studi hanno rivelato che i PBZ potrebbero essere utilizzati come materiali corrosivi per l’ambiente28. Un nuovo tipo di precursore PBZ chiamato polimero benzossazinico a catena principale (MCBP) conteneva anelli benzossazinici reticolabili all'interno della struttura polimerica29. Utilizzando diammina, bisfenolo A e paraformaldeide, è stato sintetizzato PBZ ad alto peso molecolare30. Secondo i risultati dei test di tenacità, i materiali termoindurenti PBZ a peso molecolare più elevato prodotti da MCBP sono più durevoli di quelli preparati da PBZ a peso molecolare più comune e inferiore. Una combinazione isomerica di paraformaldeide, diammine e bisfenolo-F è stata utilizzata per produrre buone caratteristiche fisiche e meccaniche con gli MCBP31. I derivati ​​della pirimidina sono stati segnalati anche come efficaci inibitori della corrosione ecologica in ambienti acidi32. Miglioramento della capacità dell'acciaio dolce di resistere alla corrosione in un ambiente acido utilizzando esclusivi punti di carbonio come inibitore verde della corrosione33. Qui, abbiamo sintetizzato il nuovo monomero di benzossazina (SA-Hex-BZ) attraverso la condensazione della base di Schiff di n-esil ammina con SA seguita dalla riduzione del composto base di Schiff mediante boroidruro di sodio e, infine, la chiusura dell'anello mediante formaldeide in 1,4-diossano (DO ) a 100 °C [Fig. 1], le cui strutture chimiche sono state dimostrate mediante FTIR 1H e 13CNMR. Le stabilità termiche, il comportamento di polimerizzazione termica e la morfologia superficiale di SA-Hex-BZ e poli(SA-Hex-BZ) sono stati confermati da TGA, DSC e microscopia elettronica a scansione (SEM). Sulla superficie MS, il monomero SA-Hex-BZ è stato spruzzato e polimerizzato termicamente. I risultati dei potenziali a circuito aperto (OCP) hanno mostrato che il nostro rivestimento in poli(SA-Hex-BZ) aveva eccellenti prestazioni anticorrosive.