Synthèse, caractérisation et efficacité protectrice d'un nouveau précurseur de polybenzoxazine comme revêtement anticorrosion pour l'acier doux

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5581 (2023) Citer cet article

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Dans cette étude, le 2-[(E)-(hexylimino)méthyl] phénol (SA-Hex-SF) a été synthétisé en ajoutant du salicylaldéhyde (SA) et de la n-hexylamine (Hex-NH2), qui a ensuite été réduit par le borohydrure de sodium en produire du 2-[(hexylamino)méthyl]phénol (SA-Hex-NH). Enfin, le SA-Hex-NH a réagi avec le formaldéhyde pour donner un monomère benzoxazine (SA-Hex-BZ). Ensuite, le monomère a été polymérisé thermiquement à 210 °C pour produire le poly(SA-Hex-BZ). La composition chimique du SA-Hex-BZ a été examinée par spectroscopie RMN FT-IR, 1H et 13C. La calorimétrie différentielle à balayage (DSC), l'analyse thermogravimétrique (TGA), la microscopie électronique à balayage (MEB) et la diffraction des rayons X (DRX), respectivement, ont été utilisées pour examiner le comportement thermique, la morphologie de surface et la cristallinité du SA-Hex- BZ et son polymère PBZ. L'acier doux (MS) a été recouvert de poly(SA-Hex-BZ) qui a été rapidement préparé à l'aide de techniques de revêtement par pulvérisation et de durcissement thermique (MS). Enfin, les tests électrochimiques ont été utilisés pour évaluer le revêtement poly(SA-Hex-BZ) sur MS en tant que capacités anticorrosion. Selon cette étude, le revêtement poly(SA-Hex-BZ) était hydrophobe et l'efficacité de corrosion atteignait 91,7 %.

En anticipant l’arrivée de spécialistes destructeurs et en travaillant comme limites de courant, les revêtements organiques ont été fréquemment utilisés pour résister à la corrosion des métaux et de l’acier1. Les principales stratégies permettant de prévenir la corrosion défavorable de l'acier doux au cours des processus industriels comprennent des revêtements organiques qui résistent à la corrosion. Ce maintien en contact avec l'inhibition de la résistance et la création d'une barrière empêchant le passage des espèces corrosives ont alors été pensés comme une solution abordable et pratique2,3. Les taux de transport des ions et d'humidité à travers le réseau polymère d'un revêtement étaient fréquemment utilisés pour caractériser les propriétés de barrière protectrice d'un revêtement3. Les revêtements PBZ à risque relativement élevé pourraient mieux adhérer aux substrats métalliques et résister à la corrosion lorsque des groupes fonctionnels particuliers y étaient incorporés4,5. Récemment, les surfaces en acier ont été recouvertes de couches protectrices d’oxyde passif composées d’espèces électroactives à base de PBZ pour inhiber la corrosion6,7. Par analogie, le revêtement de l'acier doux (MS) avec de la polybenzoxazine durcissable (PBA-ddm) a permis d'obtenir une bonne inhibition de la corrosion et une réduction de deux ordres de grandeur du taux de corrosion par rapport à celui généré par le MS7 non revêtu. La structure du réseau de réticulation des polybenzoxazines (PBZ) implique des liaisons hydrogène intra et intermoléculaires qui offrent aux polybenzoxazines de nombreuses caractéristiques souhaitables, des caractéristiques mécaniques et isolantes exceptionnelles8,9, en plus d'une stabilité thermique élevée, de températures de transition vitreuse élevées, de rendements de carbonisation élevés, d'un retrait presque faible lors de la fusion. polymérisation, faible énergie libre de surface et absorption d'humidité plus élevée. Les monomères de benzoxazine étaient couramment produits via des réactions de Mannich entre phénols, amines primaires et formaldéhyde, et pouvaient facilement polymériser par durcissement thermique sans catalyseur et sans libérer de sous-produits lors de leur polymérisation par ouverture de cycle (ROP)10,11. Les polymères hautes performances dotés de bonnes propriétés mécaniques, chimiques et thermiques comprennent les PBZ et les polyimides aromatiques12. Diverses méthodes ont été utilisées pour réduire la corrosion des métaux communs, parmi lesquelles les inhibiteurs étaient parmi les plus simples et les plus connus13. Les performances de ce monomère et des PBZ qui en résultent pourraient être améliorées en utilisant les niveaux significatifs de flexibilité structurelle dans la conception et la fonctionnalisation présents dans les monomères de benzoxazine. Cela a augmenté la variété des utilisations possibles de ces monomères. Lorsqu'une unité d'acide sulfonique était insérée dans le squelette de la benzoxazine, par exemple, les PBZ résultants présentaient une excellente résistance aux acides et une faible perméabilité au méthanol, ainsi qu'une bonne stabilité thermique dans les piles à combustible à base de méthanol ; ils constituaient un bon matériau pour les membranes à hydrogène14. Le soja (SE) a été utilisé pour inhiber la corrosion de l'acier au carbone dans un milieu sulfurique15. Le PBZ s'est avéré être un matériau matriciel prometteur, mais même s'il doit être utilisé plus efficacement dans l'environnement spatial, il doit être renforcé contre l'oxygène atomique (AO), les ultraviolets (UV), les ionisants, les ultraviolets sous vide (VUV), et cycles thermiques16,17. Divers matériaux, notamment les polymères, les colorants, les pigments et les dispositifs semi-conducteurs, ont été dégradés par la lumière UV18. Les matériaux polymères ont survécu à une détérioration permanente, ce qui a eu un impact sur leurs propriétés19,20. Les fabricants ont utilisé des revêtements de polybenzoxazine, tels que des revêtements électroniques, résistants au feu et super hydrophobes à des températures élevées21,22,23. Pour augmenter la variété des applications des polybenzoxazines, un revêtement anticorrosion à base de polybenzoxazine fonctionnalisé silane a été appliqué sur les surfaces en acier. Ce revêtement a effectivement réduit le taux de corrosion de l'acier puisque le courant de corrosion était cinq fois inférieur à celui d'une surface MS pure24. Sur la surface du MS, des revêtements hydrophobes de polybenzoxazine (PBA-a) à base de bisphénol A ont été produits. Selon des études, le revêtement PBA-a en MS présentait une résistance à la corrosion supérieure à celle du revêtement en résine époxy7. La P-phénylène diamine benzoxazine et le bisphénol A commercial à base de benzoxazine ont également été utilisés comme revêtement résistant à la corrosion sur l'alliage d'aluminium 105025. Des études récentes ont montré l'efficacité des dérivés du PBZ développés à partir de matériaux d'origine biologique, dont l'huile végétale, pour inhiber la corrosion de l'acier recouvert d'un alliage Zn-Mg-Al15,26,27. Ces études ont révélé que les PBZ pouvaient être utilisés comme matériaux corrosifs pour l’environnement28. Un nouveau type de précurseur de PBZ appelé polymère de benzoxazine à chaîne principale (MCBP) contenait des cycles benzoxazine réticulables dans le squelette du polymère29. En utilisant de la diamine, du bisphénol A ainsi que du paraformaldéhyde, du PBZ de haut poids moléculaire a été synthétisé30. Selon les résultats des tests de ténacité, les thermodurcissables PBZ de poids moléculaire plus élevé produits à partir de MCBP sont plus durables que tous ceux préparés à partir de PBZ plus courants et de poids moléculaire inférieur. Une combinaison d'isomères de paraformaldéhyde, de diamines et de bisphénol-F a été utilisée pour produire de bonnes caractéristiques physiques et mécaniques avec les MCBP31. Les dérivés de la pyrimidine ont également été signalés comme un inhibiteur de corrosion efficace et respectueux de l'environnement dans les environnements acides32. Amélioration de la capacité de l'acier doux à résister à la corrosion dans un environnement acide en utilisant des points de carbone uniques comme inhibiteur de corrosion vert33. Ici, nous avons synthétisé un nouveau monomère de benzoxazine (SA-Hex-BZ) par condensation d'une base de Schiff de n-hexylamine avec de la SA, suivie d'une réduction du composé de base de Schiff par du borohydrure de sodium et enfin, d'une fermeture du cycle par du formaldéhyde dans du 1,4-dioxane (DO ) à 100 °C [Fig. 1], dont leurs structures chimiques ont été prouvées par FTIR 1H et 13CNMR. Les stabilités thermiques, le comportement de durcissement thermique et la morphologie de surface du SA-Hex-BZ et du poly (SA-Hex-BZ) ont été confirmés par TGA, DSC et microscopie électronique à balayage (MEB). Sur la surface MS, le monomère SA-Hex-BZ a été pulvérisé et durci thermiquement. Les résultats des potentiels de circuit ouvert (OCP) ont montré que notre revêtement poly(SA-Hex-BZ) présentait d'excellentes performances anticorrosion.