Síntese, caracterização e eficiência protetora do novo precursor de polibenzoxazina como revestimento anticorrosivo para aço doce

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5581 (2023) Citar este artigo

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Neste estudo, 2-[(E)-(hexilimino)metil]fenol (SA-Hex-SF) foi sintetizado pela adição de salicilaldeído (SA) e n-hexilamina (Hex-NH2), que foi posteriormente reduzido por borohidreto de sódio a produzir 2-[(hexilamino)metil]fenol (SA-Hex-NH). Finalmente, o SA-Hex-NH reagiu com formaldeído para dar um monômero de benzoxazina (SA-Hex-BZ). Em seguida, o monômero foi polimerizado termicamente a 210 °C para produzir o poli(SA-Hex-BZ). A composição química de SA-Hex-BZ foi examinada usando espectroscopia FT-IR, 1H e 13C NMR. Calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e difração de raios X (XRD), respectivamente, foram usados ​​para examinar o comportamento térmico, morfologia da superfície e cristalinidade do SA-Hex- BZ e seu polímero PBZ. O aço macio (MS) foi revestido por poli(SA-Hex-BZ) que foi rapidamente preparado usando revestimento por spray e técnicas de cura térmica (MS). Finalmente, os testes eletroquímicos foram usados ​​para avaliar o revestimento de poli(SA-Hex-BZ) em MS como capacidade anticorrosiva. De acordo com este estudo, o revestimento de poli(SA-Hex-BZ) era hidrofóbico e a eficiência de corrosão atingiu 91,7%.

Antecipando a chegada de especialistas destrutivos e funcionando como limites de corrente interligados, os revestimentos orgânicos foram frequentemente usados ​​para resistir à corrosão em metais e aço1. As principais estratégias para prevenir o aço macio da corrosão desfavorável durante os processos industriais incluem revestimentos orgânicos que resistem à corrosão. Esta manutenção em contato com a inibição da resistência e a criação de uma barreira que impede a passagem de espécies corrosivas foi então pensada como uma solução acessível e prática2,3. As taxas de transporte de íons e umidade através da rede polimérica de um revestimento foram freqüentemente usadas para caracterizar as propriedades de barreira protetora de um revestimento3. Revestimentos de PBZ de risco relativamente alto podem aderir melhor a substratos metálicos e resistir à corrosão quando grupos funcionais específicos foram incorporados a eles4,5. Recentemente, as superfícies de aço foram cobertas com camadas protetoras de óxido passivo compostas de espécies eletroativas baseadas em PBZ para inibir a corrosão6,7. Como analogia, a cobertura de aço macio (MS) com polibenzoxazina curável (PBA-ddm) obteve boa inibição de corrosão e redução de duas ordens de magnitude na taxa de corrosão em comparação com a gerada pelo MS7 não revestido. A estrutura da rede de reticulação das polibenzoxazinas (PBZs) envolve ligações de hidrogênio intra e intermoleculares que ofereceram às polibenzoxazinas muitas características desejáveis, excelentes características mecânicas e isolantes8,9, além de alta estabilidade térmica, altas temperaturas de transição vítrea, altos rendimentos de carvão, quase pouco encolhimento após polimerização, baixa energia livre de superfície e maior absorção de umidade. Os monômeros de benzoxazina eram comumente produzidos por meio de reações de Mannich de fenóis, aminas primárias e formaldeído, e podiam facilmente polimerizar por cura térmica sem um catalisador e sem liberar quaisquer subprodutos em sua polimerização de abertura de anel (ROP)10,11. Polímeros de alto desempenho com boas propriedades mecânicas, químicas e térmicas incluem PBZs e poliimidas aromáticas12. Várias formas foram empregadas para reduzir a corrosão de metais básicos, dentre as quais os inibidores foram um dos mais simples e mais conhecidos13. O desempenho deste monômero e os PBZs resultantes podem ser aprimorados fazendo uso dos níveis significativos de flexibilidade estrutural no projeto e funcionalização que estavam presentes nos monômeros de benzoxazina. Isso aumentou a variedade de usos possíveis para esses monômeros. Quando uma unidade de ácido sulfônico foi inserida no esqueleto da benzoxazina, por exemplo, as PBZs resultantes exibiram excelente resistência a ácidos e baixa permeabilidade ao metanol com boa estabilidade térmica em células de combustível à base de metanol; eles eram um bom material para membranas de hidrogênio14. A soja (SE) foi utilizada para inibir a corrosão em aço carbono em meio sulfúrico15. O PBZ mostrou-se um material de matriz promissor, mas mesmo precisando ser utilizado de forma mais eficiente no ambiente espacial, ele precisa ser reforçado contra oxigênio atômico (AO), ultravioleta (UV), ionizante, ultravioleta a vácuo (VUV), e ciclos de calor16,17. Vários materiais, particularmente polímeros, corantes, pigmentos e dispositivos semicondutores, foram degradados pela luz ultravioleta18. Materiais poliméricos sobreviveram à deterioração permanente, como resultado, impactando suas propriedades19,20. Os fabricantes usaram revestimentos de polibenzoxazina, como eletrônicos, resistência ao fogo e revestimentos super hidrofóbicos em temperaturas elevadas21,22,23. Para aumentar a variedade de aplicações das polibenzoxazinas, o revestimento anticorrosivo de polibenzoxazina funcionalizado com silano foi aplicado às superfícies de aço. Esse revestimento diminuiu efetivamente a taxa de corrosão no aço, pois a corrente de corrosão era cinco vezes menor do que a de uma superfície MS pura24. Na superfície do MS, foram produzidos revestimentos hidrofóbicos de polibenzoxazina (PBA-a) à base de bisfenol A. De acordo com estudos, o revestimento PBA-a em MS exibiu resistência à corrosão superior ao revestimento de resina epóxi7. P-fenileno diamina benzoxazina e bisfenol A comercial à base de benzoxazina também foram utilizados como revestimento resistente à corrosão em liga de alumínio 105025. Estudos recentes têm mostrado a eficiência de derivados de PBZ desenvolvidos a partir de materiais de base biológica, incluindo óleo vegetal, na inibição da corrosão do aço revestido com liga de Zn–Mg–Al15,26,27. Esses estudos revelaram que PBZs podem ser usados ​​como materiais ambientais corrosivos28. Um novo tipo de precursor de PBZ chamado polímero de benzoxazina do tipo de cadeia principal (MCBP) continha anéis de benzoxazina reticuláveis ​​dentro do esqueleto do polímero29. Usando diamina, bisfenol A, bem como paraformaldeído, PBZ de alto peso molecular foi sintetizado30. De acordo com os resultados dos testes de resistência, os termofixos de PBZ de maior peso molecular produzidos a partir de MCBP são mais duráveis ​​do que qualquer um dos preparados a partir de PBZ de menor peso molecular mais comum. Uma combinação de isômeros de paraformaldeído, diaminas e bisfenol-F foi usada para produzir boas características físicas e mecânicas com MCBPs31. Derivados de pirimidina também foram relatados como um inibidor de corrosão ecológico eficaz em ambientes ácidos32. Melhoria da capacidade do aço-carbono de resistir à corrosão em um ambiente ácido usando pontos de carbono exclusivos como um inibidor de corrosão verde33. Aqui, sintetizamos o novo monômero de benzoxazina (SA-Hex-BZ) através da condensação da base de Schiff da n-hexilamina com SA seguida da redução do composto da base de Schiff por borohidreto de sódio e, finalmente, fechamento do anel por formaldeído em 1,4-dioxano (DO ) a 100 °C [Fig. 1], cujas estruturas químicas foram comprovadas por FTIR 1H e 13CNMR. As estabilidades térmicas, o comportamento de cura térmica e a morfologia da superfície do SA-Hex-BZ e do poli(SA-Hex-BZ) foram confirmados por TGA, DSC e Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM). Na superfície do MS, o monômero SA-Hex-BZ foi pulverizado e curado termicamente. Os resultados de potenciais de circuito aberto (OCPs) mostraram que nosso revestimento de poli(SA-Hex-BZ) tinha excelente desempenho anticorrosivo.