Mineralización autorreparable de Poliuretano anticorrosivo con CACO3 en pelicula compuesta con β-CD

Introducción

La corrosión afecta a los metales en entornos marítimos

por el efecto de microorganismos y electrolitos corrosivos

Procedimiento experimental

Resultados

Se sintetizaron los recubrimientos de WPU modificados con β-CD por IPDI, PCDL, β-CD,
DMPA y HEA.

Análisis FTIR

Vale la pena señalar que la banda de vibraciones de estiramiento del grupo NCO en la molécula IPDI se puede encontrar fácilmente

Existen métodos de protección de los metales

Protección catódica

Inhiblidores de corrosión

Recubriminetos orgánicos

Exclente desempeño, antiabrasivos y baratos

Poliuretano base agua

Existen alternativas con resinas y
otros orgánicos para corregirlo

Flexible, adhesivo y buenas propiedades mecánicas

Mala resistencia al agua y grupos hidrofílicos
(especialmente en ambientes marinos)

Hasta ahora ninguna
alternativa de usar inorgánicos

La mineralización protege
a muchas formas de vida marina

O bien se parte de polisacáridos
o proteínas

Incluye calcita y aragonita

Guían la nucleación
de partículas inorgánicas

El CaCO3 abunda
en regiones marinas

Los grupos hidrofílicos como –OH y –NH
promueven la mineralización.

Puede usarse igualmente
quitina y quitosano al nuclear

Útil en poliuretano al acero

Se usa B Ciclo dextrina
como agente de nucleación

Tiene un borde hidrofílico

Tiene una cavidad hidrofóbica

Reacciona con el grupo
NCO y forma el poliuretano

Da el sitio de mineralización

Se colocó el PCDL deshidratado (40,0 g) para la primera prueba e IPDI (15,0 g) para la segunda en un matraz de fondo redondo de tres bocas

Tener agitación mecánica equipada constante, termómetro y condensador

Agitar las mezclas durante 3 ha 80 °C

El producto se llamó prepolímero 1 (Pre1)

Se introdujo disuelto β-CD en Pre1
para una reacción adicional de 2 horas

Se adicionaron de 4 a 5 gotas de DBTDL que actuó como catalizador

El producto se llamó prepolímero 2 (Pre2)

se añadieron gota a gota 4,5 g de DMPA para extender las cadenas del prepolímero durante 2 h a 80 °C.

Se adicionaron 2.0 g de HEA durante 1 h cuando la mezcla se enfrió a 60 °C

para que reaccionara con el grupo -NCO residual
al final de las cadenas del prepolímero

Se añadió una cantidad adecuada de acetona durante la reacción del paso anterior

para reducir la viscosidad de la mezcla

Se utilizaron 3,4 g de TEA como agente neutralizante

Se introdujo lentamente una cantidad calculada de agua destilada con agitación rápida durante 30 min a temperatura ambiente

para ionizar los grupos carboxílicos de las moléculas de DMPA en la cadena
del polímero

Se eliminó la acetona residual por destilación a presión reducida

se obtuvo la dispersión de WPU modificada con β-CD

El contenido de sólidos es de aproximadamente el 30%.

Para las dispersiones de xCD-WPU (x que representa el contenido de β-CD por % en peso) se obtuvieron ajustando la proporción de masa de β-CD y la mezcla antes de la
emulsificación.

Preparación del recubrimiento

Se pulió la hojalata y se enjugó con etanol y agua destilada sucesivamente

se recubrieron las dispersiones de WPU puro y xCD-WPU sobre la hojalata

Se dejaron secar las películas sobre los sustratos a temperatura ambiente durante 12 h y luego se secaron a 60 °C durante 12 h en un horno

Se dejaron las hojas de hojalata
recubiertas con WPU y xCD-WPU en un recipiente de vidrio que
contenía agua de mar artificial en condiciones de agitación constante

se esperó una mineralización

Caracterización de materiales

Se caracterizaron las estructuras químicas de los materiales mediante una espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FTIR)

Se estudiaron las fuerzas de adhesión de los recubrimientos al sustrato mediante el uso de una prueba de adhesión de arranque directo de acuerdo con el ASTMD3359-0

Con un rango de prueba de 4000-500cm-1

La estructura de la película compuesta mineralizada se caracterizó mediante difracción de rayos x (XDR) en un rango de exploración de
2θ = 10°–70°

Para la caracterización efectiva por FTIR y XRD, las películas de CD-WPU se
prepararon en una placa de politetrafluoroetileno y se exfoliaron a partir de ella

Las estructuras y morfologías de las películas mineralizadas se observaron mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo

Las mediciones de polarización potenciodinámica y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) se realizaron en una estación de trabajo electroquímica

(FESEM, SU8020) con un sistema de rayos X de dispersión de energía (EDX).

CHI660B (Chenhua,China) con un sistema de tres electrodos.

La polarización potenciodinámica se curva mediante la exploración de la dirección catódica a la anódica con una velocidad de exploración de 10 mV/s.

Las mediciones de EIS se realizaron en OCPcon un rango de frecuencia de 105Hz a 10−2Hz y amplitud AC de 5 mV

a 2243 cm−1con un pico fuerte

El plica del grupo NCO es más débil en Pre2 que en Pre1

La deformación del NH (1558
cm−1) en Pre2 fue significativamente más fuerte que en Pre1

confirma que más grupos NCO han reaccionado con grupos hidroxilo de β- CD y formación de enlaces de uretano en Pre2

Evaluación de fuerzas de adhesión

la fuerza de adhesión de las películas de WPU puro y CD-WPU aumenta con el aumento del contenido de β- CD

Los enlances de hidrógeno y la polaridad de CD-WPU mejoran la combinación entre las películas de CD-WPU y el sustrato de hojalata

el revestimiento compuesto mineralizado todavía
mantiene una fuerte adhesión

La fuerte adhesión se atribuye al incremento de
grupos hidroxilo en las películas de CD-WPU.

Análisis XDR

Sí se mineraliza el CaCO3 en la
superficie de la película compuesta en un entorno marino simulado

La película sin mineralización
tiene un pico de difracción de 22° por ser un polímero amorfo

los picos
fuertes en 2θ = 29,52°, 31,71°, 35,94° y 48,68°

corresponden a (104), (006),
(110) y (116) planos cristalinos de calcita

Indican una buena formación y mineralización del CaCO3

Análisis de dinámica

El Ca2+y CO3^2− se acumulan en la cavidad de β-CD en el CD-WPU después del equilibrio dinámico

los grupos OH en la cavidad β-CD tienen una adsorción significativa a Ca2+

La adsorción se puede probar a partir de la RDF de
OH y Ca2+ion

El poliuretano sin mineralización tiene picos bajos y el mineralizado presenta picos bastante más altos


El problema reside en un
contenido pobre de β-CD

Análisis FE-SEM

La película es similar a la estructura de panal, lo que indica que la estructura de la mineralización creciente en la superficie del WPU puro es
discontinua (hecho en 10 días)

La película mineral se hizo más
densa con más β-CD

Y es autorreparable y anticorrosiva

Análisis de polarización

La resistencia a la corrosión aumenta con el aumento del contenido de β-CD

El revestimiento compuesto 3CD-WPU exhibe el mejor desempeño anticorrosivo

el recubrimiento compuesto 4CD-WPU, presenta un rendimiento anticorrosión más débil que el 3CD-WPU

La cantidad adecuada de β-CD conduce a la mineralización efectiva mejora el
rendimiento anticorrosión de películas
inorgánicas-orgánicas

Análisis IEA

Usamos las gráficas de Nyquist obtenidas de las mediciones de EIS para evaluar el
desempeño anticorrosión de diferentes recubrimientos compuestos.

el diámetro de las curvas de Nyquist
aumentó con el aumento del contenido de β-CD para diferentes recubrimientos
compuestos

Si el contenido de mineralización promovida por β-CD fue inferior al 2% en peso (WPU puro y 1CD-WPU) la película no tuvo buena formación

Análisis de inmersión

La hojalata con revestimiento compuesto orgánico-inorgánico 3CD-WPU muestra una corrosión débil y una capa mineralizada blanca apareció en la superficie del revestimiento orgánico

otros recubrimientos tienen diferentes
grados de corrosión, especialmente para Fe desnudo

El diisocianato de isoforona (IPDI), la β ciclodextrina y el ácido
dimetilolpropanoico (DMPA), El policarbonato diol alifático (PCDL), Dilaurato de dibutilestaño (DBTDL). acrilato de 2-
hidroxietilo (HEA), 1,4-butanodiol (BDO), trietilamina (TEA)

Oswald Emiliano Cisneros González