Corrosion protection and nanomechanical properties of waterborne acrylate-based coating with and without nanocellulose on carbon steel

Tid: Fr 2019-11-22 kl 10.00

Plats: M3, Brinellvägen 64, Lecture Hall M3, KTH campus, Stockholm, Sweden., Stockholm (English)

Ämnesområde: Kemi

Respondent: Yunjuan He , Yt- och korrosionsvetenskap

Opponent: Prof. Orlando Rojas,

Handledare: Professor Per M. Claesson, Yt- och korrosionsvetenskap

Abstract

Korrosionsskydd uppnås vanligtvis genom att applicering av en tunn polymerbeläggning på metallytan. I denna doktorsavhandling studerades först en vattenburen hydroxyakrylat-melamin-sampolymerbeläggning för att hitta de optimala härdningsförhållandena. Effekten av härdningsbetingelserna, t ex längd på härdningstiden vid 180 °C, på omvandling av tvärbindningsreaktion, yttopografi och nanomekaniska egenskaper och nanodegrarderingsegenskaper undersöktes med användning av AFM. Resultaten visar att det optimala härdningsförhållandet är vid 180 ° C under 10 min, vilket kan ge 80% omvandlingen av tvärbindningsreaktionen, liksom goda barriärprestanda med en polarisationsresistens i storleksordningen 109Ω·cm2under lång tids exponering under 35 dagar för 0,1 M NaCl-lösning utvärderat med elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS). Mindre ytråhet och hög ytelastisk modul i storleksordningen GPa uppnås också för prover under optimalt härdningsförhållande.

Vidare studerades ovan vattenburen beläggning och dess nanokomposit innehållande 0,5 viktprocent cellulosa nanokristaller (CNC) systematiskt med fokus på deras korrosionsskyddsprestanda. Mätningarna utfördes med elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) teknik i 0,1 M NaCl-lösning. Resultaten visar att båda beläggningarna har hög polarisationsbeständighet i storleksordningen 108- 109ohm · cm2. För matrisbeläggningen uppvisar polarisationsmotståndet en svag minskande trend medan CNC-nanokompositbeläggningen uppvisar en ökande trend. Skillnaden i Rp-beteenden kan delvis tillskrivas förstärkningseffekten av CNC där starka vätebindningar bildas mellan CNC och matrisbeläggningen. Dessutom innebär närvaron av en andra tidskonstant i motsvarande EIS-spektra att ett mer skyddande andra skikt bildats, troligen vid gränsytan mellan metallen och beläggningen. Närvaron av detta kompakta skikt bidrar också till de korrosionsskyddande egenskaperna hos CNC-nanokompositbeläggningen. Dessutom uppvisar båda beläggningarna endast begränsat vattenupptag under långvarig exponering, vilka är för obetydliga för att mätbart förändra beläggningskapacitansen, vilket studerades med EIS.

Inspirerad av CNC-nanokompositbeläggningen och dess gynnsamma korrosionsskyddande egenskaper studerades också 0,5 vikt-% CNF-nanokompositbeläggningar på samma sätt. Resultaten avslöjar att CNF-nanokompositbeläggningen inte kan ge effektivt korrosionsskydd ens under 24 timmar. Det uppmätta Rp-värdet minskar snabbt över tiden och därigenom ökar vattenupptaget över tiden, vilket studerades med EIS. Den väsentliga skillnaden i korrosionsskyddande egenskaper hos CNC-nanokompositen och CNF-nanokompositen förklarades huvudsakligen från perspektivet av mikrostruktur, matris-CNC eller matris-CNF-interaktioner genom att använda svepelektronmikroskopi (SEM) och Fourier transform infraröd spektroskopi (FTIR). Resultaten visar att närvaron av defekter på ytan och i bulk och frånvaro av starka vätebindningar mellan matris-CNF i den beredda CNF-nanokompositbeläggningen bidrar till de dåliga barriäregenskaperna.

I själva verket kan en bra barriärbeläggning också förstöras på grund av yttre krafter som infallande fasta partiklar eller glidande rörelser mot andra föremål, vilket förstör beläggningens integritet. Därför studerades CNC-nanokompositbeläggningen ytterligare med fokus på dess nanomekaniska och nano-nötnings egenskaper med användning av (atomkraftsmikroskopi) AFM-teknik. Effekten av applicerad normal belastning från 50 - 400 nN, skanningshastighet från 1 - 20 um/s, typ av omgivning inklusive luft och vatten, samt exponering för korroderand 0,1 M NaCl-lösning, studerades och diskuterades systematiskt.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-262709

Innehållsansvarig:Sabina Fabrizi
Tillhör: CBH
Senast ändrad: 2019-10-23