軟鋼用防食コーティングとしての新規ポリベンゾオキサジン前駆体の合成、特性評価および保護効率

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5581 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、サリチルアルデヒド (SA) と n-ヘキシルアミン (Hex-NH2) を加えて 2-[(E)-(ヘキシルイミノ)メチル] フェノール (SA-Hex-SF) を合成し、その後、水素化ホウ素ナトリウムで還元して、 2-[(ヘキシルアミノ)メチル]フェノール (SA-Hex-NH) を生成します。 最後に、SA-Hex-NH がホルムアルデヒドと反応して、ベンゾオキサジン モノマー (SA-Hex-BZ) が得られます。 次に、モノマーを210℃で熱重合させてポリ(SA-Hex-BZ)を生成した。 SA-Hex-BZ の化学組成は、FT-IR、1H、および 13C NMR 分光法を使用して調べられました。 示差走査熱量測定 (DSC)、熱重量分析 (TGA)、走査型電子顕微鏡 (SEM)、および X 線回折 (XRD) をそれぞれ使用して、SA-Hex- の熱挙動、表面形態、および結晶化度を調べました。 BZ およびその PBZ ポリマー。 軟鋼 (MS) は、スプレー コーティングと熱硬化技術 (MS) を使用して迅速に調製されたポリ (SA-Hex-BZ) でコーティングされました。 最後に、電気化学試験を使用して、MS 上のポリ (SA-Hex-BZ) コーティングの耐腐食性を評価しました。 この研究によると、ポリ(SA-Hex-BZ)コーティングは疎水性であり、腐食効率は91.7%に達しました。

破壊専門家の到着を予期し、リンクされた電流境界として機能することにより、有機コーティングは金属や鋼の腐食に抵抗するために頻繁に使用されました1。 工業プロセス中の軟鋼の好ましくない腐食を防ぐための主な戦略には、耐腐食性の有機コーティングが含まれます。 これは、抵抗の抑制と接触を維持し、腐食性種の通過を防ぐバリアの作成と連携しており、手頃な価格で実用的な解決策であると考えられていました 2,3。 コーティングの保護バリア特性を特徴付けるために、コーティングのポリマーネットワークを通過するイオン輸送速度と水分が頻繁に使用されました3。 比較的リスクの高い PBZ コーティングは、特定の官能基が組み込まれている場合、金属基材への密着性が向上し、腐食に耐えることができます4,5。 最近、鋼の表面は、腐食を抑制するために PBZ ベースの電気活性種で構成される保護不動態酸化物層で覆われています 6,7。 同様に、軟鋼 (MS) を硬化性ポリベンゾオキサジン (PBA-ddm) で覆うと、良好な腐食抑制が達成され、コーティングされていない MS7 で発生した腐食速度と比較して腐食速度が 2 桁減少しました。 ポリベンゾオキサジン (PBZ) の架橋ネットワーク構造には分子内および分子間の水素結合が含まれており、これによりポリベンゾオキサジンに多くの望ましい特性、優れた機械的特性および絶縁特性 8,9 が提供されるほか、高い熱安定性、高いガラス転移温度、高いチャー収率、ほとんど収縮しない重合、低い表面自由エネルギー、およびより高い吸湿性。 ベンゾオキサジンモノマーは一般に、フェノール、第一級アミン、ホルムアルデヒドのマンニッヒ反応を介して生成され、触媒を使用せず、開環重合 (ROP) で副生成物を放出することなく、熱硬化によって容易に重合できます 10,11。 優れた機械的、化学的、熱的特性を備えた高性能ポリマーには、PBZ や芳香族ポリイミドなどがあります 12。 卑金属の腐食を軽減するためにさまざまな方法が採用されていますが、その中で抑制剤は最も単純かつ最もよく知られているものの 13 です。 このモノマーと得られる PBZ の性能は、ベンゾオキサジン モノマーに存在する設計と官能基化における顕著なレベルの構造的柔軟性を利用することによって強化される可能性があります。 これにより、これらのモノマーの可能な用途の多様性が増加しました。 たとえば、ベンゾオキサジン主鎖にスルホン酸ユニットを挿入すると、得られた PBZ はメタノールベースの燃料電池において優れた耐酸性と低いメタノール透過性を示し、良好な熱安定性を示しました。 それらは水素膜に適した材料でした14。 大豆（SE）は、硫酸媒体中での炭素鋼の腐食を抑制するために利用されました15。 PBZ は有望なマトリックス材料であることがわかっていますが、宇宙環境でより効率的に利用する必要がある場合でも、原子状酸素 (AO)、紫外線 (UV)、電離、真空紫外 (VUV)、および熱サイクル16、17。 さまざまな材料、特にポリマー、染料、顔料、半導体デバイスは UV 光によって劣化しました 18。 ポリマー材料は永続的な劣化に耐え、その結果、その特性に影響を与えました19,20。 メーカーは、エレクトロニクス、耐火性、および超疎水性コーティングなどのポリベンゾオキサジンコーティングを高温で使用しました21、22、23。 ポリベンゾオキサジンのさまざまな用途を増やすために、シラン官能化ポリベンゾオキサジン防食コーティングが鋼表面に適用されました。 腐食電流が純粋な MS 表面の 5 分の 1 であったため、このコーティングは鋼の腐食速度を効果的に減少させました 24。 MS 表面には、ビスフェノール A をベースとした疎水性ポリベンゾオキサジン (PBA-a) コーティングが生成されました。 研究によると、MS への PBA-a コーティングはエポキシ樹脂コーティングよりも優れた耐腐食性を示しました7。 P-フェニレンジアミン ベンゾオキサジンおよびベンゾオキサジンをベースとした市販のビスフェノール A も、1050 アルミニウム合金上の耐食性コーティングとして利用されました 25。 最近の研究では、植物油などのバイオベース材料から開発された PBZ 誘導体が、Zn-Mg-Al 合金で覆われた鋼の腐食を抑制する効果があることが示されています 15,26,27。 これらの研究により、PBZ が腐食性環境材料として使用できることが明らかになりました 28。 主鎖型ベンゾオキサジンポリマー (MCBP) と呼ばれる新しいタイプの PBZ 前駆体は、ポリマー主鎖内に架橋可能なベンゾオキサジン環を含んでいます 29。 ジアミン、ビスフェノール A、パラホルムアルデヒドを使用して、高分子量 PBZ が合成されました 30。 靱性試験の結果によると、MCBP から製造された高分子量 PBZ 熱硬化性樹脂は、より一般的な低分子量 PBZ から製造された熱硬化性樹脂よりも耐久性が高くなります。 MCBP で優れた物理的および機械的特性を生み出すために、パラホルムアルデヒド、ジアミン、ビスフェノール F の異性体の組み合わせが使用されました 31。 ピリミジン誘導体も、酸性環境における環境に優しい効果的な腐食防止剤として報告されています 32。 緑色腐食防止剤として独自のカーボンドットを使用することにより、酸性環境における軟鋼の耐腐食性が向上します33。 ここでは、n-ヘキシルアミンとSAのシッフ塩基縮合、続いて水素化ホウ素ナトリウムによるシッフ塩基化合物の還元、最後に1,4-ジオキサン(DO)中のホルムアルデヒドによる閉環を通じて、新規ベンゾオキサジンモノマー(SA-Hex-BZ)を合成しました。 ) 100 °C で [図 1] 1]、それらの化学構造はFTIR 1Hおよび13CNMRによって証明されました。 SA-Hex-BZ およびポリ (SA-Hex-BZ) の熱安定性、熱硬化挙動、および表面形態は、TGA、DSC、および走査型電子顕微鏡 (SEM) によって確認されました。 MS 表面に SA-Hex-BZ モノマーをスプレーし、熱硬化させました。 開路電位 (OCP) の結果は、当社のポリ (SA-Hex-BZ) コーティングが優れた耐腐食性能であることを示しました。