几乎所有金属及其合金受到腐蚀,导致它们失去结构完整性或其他功能。有必要检测腐蚀时,最好是在它的早期阶段,所以,可以采取行动避免结构性破坏或损失的金属及其合金的函数。因为腐蚀主要是一个电化学过程,pH值和其他电化学变化往往与之关联,所以预计有pH值或电化学响应的材料可用于检测和控制腐蚀。188金宝搏bet官网作者开发了一个智能涂层缓释系统,使用pH-triggered释放微胶囊对早期发现腐蚀和腐蚀保护。本文描述了pH值和腐蚀之间的关系,设计pH-sensitive微胶囊及其合成,以及选择智能涂层的测试结果pH-sensitive微胶囊和抑制腐蚀迹象。
腐蚀和pH值
在很大程度上是一个电化学腐蚀现象,因为在大多数情况下,它涉及金属表面之间的电子转移和电解质水溶液。例如,当铁腐蚀在接近中性的环境中,典型的电化学反应是:
阴极反应:O2 + 2水+ 4 e - k 4哦
阳极反应:铁铁k + + 2 e -
对于局部腐蚀,如点状腐蚀,如图1所示,阳极反应发生在一个狭小的区域,产生的金属离子沉淀固体腐蚀产物,如铁(II)氧化物、铁(OH) 2,(通常进一步氧化氧化铁(III),铁(OH) 3),涵盖的口。这个陷阱坑的解决方案和允许氢离子的累积,H +。整体效果是,虽然局部腐蚀发生,阳极区通常有一个酸性pH值和阴极有一个碱性博士(1)
除了点蚀、缝隙腐蚀和不同金属腐蚀导致pH值变化说明了简单的演示如图2所示,在一个普遍的酸碱指示剂是用来显示的pH值变化发生在金属的腐蚀,如钢。在这个演示中,大多数的钢铁被暴露在琼脂凝胶而中间地带被包裹在铜带。酸碱指示剂的颜色变化显示,暴露出钢往往是酸性(黄色),而铜带的带包装往往是基本(紫色)由于氧气还原反应和氢氧根离子的释放,哦,。
由于pH值和其他电化学变化往往与腐蚀有关,预计材料pH值或电化学响应可用于检测和控制腐蚀。188金宝搏bet官网各种pH值和电化学响应材料及其潜在的应用在智能涂层腐蚀控制中可以找到我们之前审查。(2)188金宝搏bet官网一个自我修复涂层材料设计是另一个新的发展,对腐蚀控制很重要。(3、4、5)
pH-Sensitive微胶囊
作者开发了一种缓释系统,结合腐蚀传感的优点和保护利用pH-triggered释放微胶囊对早期腐蚀检测和保护。(2、6、7、8)这项技术的关键组件是一个pH-sensitive与墙设计分解和释放微胶囊封装内容针对阴极的pH值的局部腐蚀(图3)。
基于pH-Sensitive智能涂层微胶囊
微型胶囊是一个通用的方法,因为它可以用来封装一个无限数量的材料,在固体和液体阶段,甚至在气相滞留在气凝胶。188金宝搏bet官网可以把微胶囊复合材料或涂料。对于腐蚀应用程序,各种化合物,如腐蚀指标,抑制剂,自修复剂和染料可以封装。这些微胶囊可以被纳入各种涂层系统的腐蚀检测、保护和自我修复的机械涂层损坏(图4)。设计的多功能性是抗腐蚀的应用程序的特殊利益。几乎所有的缓蚀剂是化学活性试剂。通常,使他们有效的缓蚀剂的反应性也使他们对环境不友好,如铬酸盐的情况。因此,研究新的环境友好型缓蚀剂防腐行业是一项正在进行的努力。开发一个新的抑制剂后,通常要花很长时间才能把它变成一个涂料配方。智能涂层,包括封装抑制剂和释放他们的需求当腐蚀开始可以缩短新抑制剂这么长时间再形成过程通过改变微胶囊的核心内容。
pH值缓释微胶囊设计,除了常规微胶囊设计的优点,腐蚀的真正缓释功能的应用程序。常规微胶囊释放其内容时机械破碎;当发生腐蚀pH-sensitive微胶囊释放其内容。涂料中的机械损伤的一个重要原因,贱金属的腐蚀。然而,许多涂层缺陷,如气泡、不均匀的厚度、渗透,孔隙度或边缘效应,也会导致贫穷的防腐涂料,并允许腐蚀发生。pH-sensitive微胶囊将释放其内容腐蚀检测或保护无论腐蚀原因。
化学的pH-Sensitive微胶囊
的化学pH-sensitive微胶囊是base-catalyzed酯水解。聚合物微胶囊的壁包括有一个或多个酯交联剂和含巯基的组。一个典型的交联剂季戊四醇tetrakis (3-mercaptopropionate或PTT),一个tetra-functional分子。
因为这交联剂不是好电影前,还需要其他单体或预聚物提供微胶囊壁的结构完整性。成膜单体和预聚物的例子包括尿素甲醛和三聚氰胺甲醛单体和预聚物。
囊壁破裂,可以直观地观察基本条件。图5显示了此类故障发生在反应接触少量的水含有氢氧化钠、氢氧化钠、pH值(12)。添加氢氧化钠溶液后不久,该解决方案开始穿透微胶囊壁,由微胶囊内的颜色变化指示(帧罪犯)。在坐标系e,微胶囊开始慢慢地释放其内容(就是明证的小液滴开始形成框架的左下象限)。发布的内容仍然是直到(帧)它消散到解决方案。微胶囊壁最终崩溃如图所示,在帧j n。
封装过程
封装方法
pH-sensitive微胶囊是智能涂料的重要组成部分。几种方法如喷雾干燥、乳液聚合、界面聚合、原位聚合被用来合成pH-sensitive微胶囊。界面聚合如图6所示为例。有两个主要界面聚合过程中的步骤:微乳液形成和微胶囊壁的形成。这种技术可以用来生成石油(或疏水核心)和水(或亲水)核心微胶囊。图6显示了一个示意图表示所涉及的步骤形成石油核心微胶囊:微乳液是由添加的油相(预聚物,黄色所示)水相(表面活性剂,蓝色所示)和混合;最后一步是微胶囊壁的形成通过界面聚合(绿色)所示。
图7显示了一个示意图表示所涉及的步骤形成水核心微胶囊:在这种情况下,形成的微乳液是水(蓝色所示)添加到油(预聚物和表面活性剂,黄色所示)其次是混合;最后一步是微胶囊壁的形成通过界面聚合(绿色)所示。
这两个插图涉及石油的使用,或疏水solvent-soluble wall-forming预聚物。类似的过程开发使用水溶性wall-forming材料通过溶解wall-forming预聚物在水相油相催化剂。188金宝搏bet官网界面的反应会形成胶囊。
还用于原位聚合形成pH-sensitive微胶囊。原位聚合过程类似于界面聚合;他们的区别是聚合反应发生的位置。界面聚合,反应发生在界面;聚合反应发生在连续相原位聚合和聚合物是通过反应形成的存款在界面形成囊壁。
喷雾干燥包括分散wall-forming预聚物和药物封装(核心材料)为连续相(例如水)。混合物喷成雾,在热气流的液体滴在哪里干成固体颗粒。在这个过程中,墙内的核心材料封装材料。188金宝搏bet官网
界面聚合、原位聚合的主要方法是使用的作者对微胶囊的合成。喷雾干燥被用来合成实芯微胶囊作为一个有用的方法干燥微胶囊成自由流动粉末形式没有形成集群。
微胶囊的合成
不同的活跃的核心内容已经封装,包括腐蚀指标,腐蚀抑制剂,染料和自修复剂。水芯微胶囊和石油核心微胶囊合成使用上面描述的方法。
调整这些过程封装缓蚀剂和指标,各种指标和抑制剂的选择和测试分别指示和抑制效率。活性化合物的溶解性和可分散性进行调查或找到一个合适的测试方法的封装。
一个活跃的化合物可以溶解或分散在疏水性溶剂,如石油,可以被封装成石油核心微胶囊。通常情况下,石油核心微胶囊用于封装油溶性材料但不是水溶性材料,如盐或极性分子。188金宝搏bet官网然而,这些材料仍然可以封装先溶188金宝搏bet官网解到极地co-solvent和合成解决方案添加到油相。另外,表面活性剂可以添加到油相。这将溶解或分散极地或水溶性试剂进入油相。然后可以形成水包油乳液和界面反应可以用来封装这些试剂到油微胶囊的核心。
类似地,如果一种化合物可以溶解或分散在水中,有或没有co-solvent的援助,或表面活性剂,它可以封装成水核心微胶囊。例如,酚酞不溶于水,但可以用作co-solvent乙醇溶解适量指示器的水,使它可以封装成水核心微胶囊。
各种化合物对腐蚀控制应用程序封装成石油核心微胶囊。这些化合物包括:腐蚀指标如酚酞、酚红、荧光素;染料如罗丹明B;愈合剂环氧树脂和聚硅氧烷等;和各种溶剂、氯苯等,可以用作愈合剂。
各种缓蚀剂及指标核心微胶囊封装成水,如腐蚀指标酚酞,和腐蚀抑制剂钼酸钠(Na2MoO4),硝酸铈(Ce(3号)3)磷酸钠(NaH2PO4)、偏硼酸钙,phenylphosphonic酸。
研制了一种微胶囊配方后,一个优化的过程通常伴随着获得合适的大小和所需的属性的微胶囊的应用程序。胶囊的大小可以通过调整控制乳液配方或通过改变搅拌机的搅拌速度在乳状液的形成。这些方法可以用来获得所需大小的微胶囊在狭窄的范围内的分布。大小从200纳米到200年µm(微米),与一个典型的规模从1到5µm。油微胶囊芯不同大小的图8所示。
SEM图像在图9中显示的球形胶囊直径小于1毫米大小。胶囊壁厚约50 - 100纳米微胶囊的显微图所示使用透射电子探测器获得(图10)。
实验
微胶囊被纳入不同商用涂层,以测试他们的腐蚀迹象和抑制功能。下面这些测试的初步结果。
腐蚀指标测试
可以纳入涂层腐蚀迹象封装一个腐蚀指标引入pH-sensitive胶囊。图11显示了结果盐浸泡试验钢板涂有一个清晰的聚氨酯涂料含有10%的微胶囊腐蚀指标。板刻,观察视觉会随着时间而改变。是观察到腐蚀指标暗示发病的文士浸大约1分钟后,大大早于2小时的典型的外观生锈的颜色。
除了早期腐蚀检测,另一个潜在的应用智能涂层检测隐藏的腐蚀,例如结构螺栓。螺栓会腐蚀在隐藏轴区域可见腐蚀是在螺栓头或坚果。通常,头和螺母在原始状态,即使在轴发生严重腐蚀。没有方法来确定腐蚀的程度没有把螺栓从服务。一层膜,改变颜色在螺栓头或螺母当腐蚀开始将大大加快审查过程。
抑制腐蚀测试
测试板涂有咔啉Carbomastic 15 FC环氧胶粘剂包含水芯微胶囊缓蚀剂的使用盐雾测试室,大约6个月,按照ASTM B 117标准方法。面板进行评估锈蚀等级(ASTM D 610)和文士评级(ASTM D 1654)。几种涂层系统进行测试;包含10%的涂层phenylphosphonic酸微胶囊表现最好的。这些板的腐蚀评级比较如表1所示,控制。
经过六个月的盐雾测试,控制显示水泡和腐蚀油漆,而phenylphosphonic酸(PA) microcapsule-containing面板显示没有腐蚀的迹象。为了评估文士地区,这些地区周围的涂层板上刮掉,便于观察(图12)。发现PA microcapsule-containing涂层显示更好的附着力比控制。
总结
多功能智能自主控制涂层的腐蚀正在开发使用pH-sensitive微胶囊。微胶囊是专门设计来检测相关的pH值变化与腐蚀的发生和自主回应表明它的存在早,由提供缓蚀剂来控制它,提供自我疗愈或成膜代理能够修理机械损坏的涂层。
各种pH-sensitive微胶囊与疏水或亲水界面聚合反应的方法制备了核乳液。微型胶囊过程优化获得单分散的微胶囊的尺寸范围适合纳入商用涂料。在暂停或获得的微胶囊可以自由流动粉末形式。
初步结果从盐雾测试板涂有商用涂层的微胶囊和颗粒结合表明,微胶囊和颗粒可用于检测腐蚀前可见生锈出现并提供缓蚀剂。
当前的工作重点是优化指标在微胶囊或粒子的浓度以及优化微胶囊的释放性能和粒子纳入涂料。封装的方法修复剂和成膜化合物正在开发将自愈功能的多功能涂层。
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