Síntese, caracterização e eficiência protetora de novo precursor de polibenzoxazina como revestimento anticorrosivo para aço-carbono

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 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 do SA-Hex-BZ foi examinada usando espectroscopia de RMN de FT-IR, 1H e 13C. Calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (XRD), respectivamente, foram usadas para examinar o comportamento térmico, morfologia da superfície e cristalinidade do SA-Hex- BZ e seu polímero PBZ. O aço macio (MS) foi revestido com poli(SA-Hex-BZ) que foi rapidamente preparado usando revestimento por pulverização e técnicas de cura térmica (MS). Finalmente, os testes eletroquímicos foram utilizados para avaliar o revestimento poli (SA-Hex-BZ) em MS como capacidade anticorrosiva. De acordo com este estudo, o revestimento poli(SA-Hex-BZ) era hidrofóbico e a eficiência de corrosão atingiu 91,7%.

Ao antecipar a chegada de especialistas destrutivos e funcionar como limites de corrente interligados, os revestimentos orgânicos foram frequentemente utilizados para resistir à corrosão em metais e aço1. As principais estratégias para prevenir a corrosão desfavorável do aço-carbono durante processos industriais incluem revestimentos orgânicos que resistem à corrosão. Este contato com a inibição da resistência e a criação de uma barreira que impede a passagem de espécies corrosivas foi então pensado como uma solução acessível e prática2,3. As taxas de transporte de íons e umidade através da rede polimérica de um revestimento eram frequentemente usadas para caracterizar as propriedades de barreira protetora de um revestimento3. Revestimentos PBZ de risco relativamente alto poderiam aderir melhor a substratos metálicos e resistir à corrosão quando grupos funcionais específicos fossem incorporados a eles . Recentemente, superfícies de aço foram cobertas com camadas protetoras de óxido passivo compostas por espécies eletroativas à base de PBZ para inibir a corrosão6,7. Como analogia, cobrir o aço macio (MS) com polibenzoxazina curável (PBA-ddm) obteve boa inibição da corrosão e redução de duas ordens de grandeza na taxa de corrosão em comparação com aquela 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 polimerizar facilmente por cura térmica sem catalisador e sem liberar quaisquer subprodutos em sua polimerização de abertura de anel (ROP) . Polímeros de alto desempenho com boas propriedades mecânicas, químicas e térmicas incluem PBZs e poliimidas aromáticas . Várias formas foram empregadas para reduzir a corrosão de metais básicos, entre as quais os inibidores eram um dos mais simples e mais conhecidos . O desempenho deste monômero e dos PBZs resultantes pode ser melhorado fazendo uso dos níveis significativos de flexibilidade estrutural no design e funcionalização que estavam presentes nos monômeros de benzoxazina. Isto aumentou a variedade de utilizações possíveis para estes monómeros. Quando uma unidade de ácido sulfônico foi inserida na estrutura da benzoxazina, por exemplo, os 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 do aço carbono em meio sulfúrico15. O PBZ foi considerado 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 UV18. Os materiais poliméricos sobreviveram à deterioração permanente, impactando suas propriedades19,20. Os fabricantes usaram revestimentos de polibenzoxazina, como eletrônicos, resistentes ao fogo e revestimentos super hidrofóbicos em temperaturas elevadas21,22,23. Para aumentar a variedade de aplicações das polibenzoxazinas, o revestimento anticorrosão de polibenzoxazina funcionalizado com silano foi aplicado em superfícies de aço. Este revestimento diminuiu efetivamente a taxa de corrosão no aço, uma vez que a corrente de corrosão era cinco vezes menor 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 de PBA-a em MS apresentou resistência à corrosão superior ao revestimento de resina epóxi7. A P-fenilenodiamina benzoxazina e o bisfenol A comercial à base de benzoxazina também foram utilizados como revestimento resistente à corrosão na liga de alumínio 105025. Estudos recentes mostraram a eficiência dos derivados de PBZ desenvolvidos a partir de materiais de base biológica, incluindo óleo vegetal, na inibição da corrosão do aço coberto com liga Zn – Mg – Al . Esses estudos revelaram que os PBZs poderiam ser usados ​​como materiais ambientais corrosivos28. Um novo tipo de precursor de PBZ denominado polímero de benzoxazina do tipo de cadeia principal (MCBP) continha anéis de benzoxazina reticuláveis ​​​​dentro da estrutura do polímero . Utilizando diamina, bisfenol A e paraformaldeído, foi sintetizado PBZ de alto peso molecular30. De acordo com os resultados dos testes de tenacidade, os termofixos PBZ de maior peso molecular produzidos a partir de MCBP são mais duráveis ​​do que qualquer um daqueles preparados a partir de PBZ mais comuns e de menor peso molecular. Uma combinação de isômeros de paraformaldeído, diaminas e bisfenol-F foi usada para produzir boas características físicas e mecânicas com MCBPs31. Os derivados de pirimidina também foram relatados como um inibidor de corrosão eficaz e ecologicamente correto em ambientes ácidos32. Melhoria da capacidade do aço-carbono de resistir à corrosão em um ambiente ácido usando pontos de carbono exclusivos como inibidor de corrosão verde33. Aqui, sintetizamos o novo monômero de benzoxazina (SA-Hex-BZ) através da condensação da base de Schiff de n-hexilamina com SA seguida pela redução do composto de 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, comportamento de cura térmica e morfologia superficial do SA-Hex-BZ e poli (SA-Hex-BZ) foram confirmados por TGA, DSC e Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM). Na superfície MS, o monômero SA-Hex-BZ foi pulverizado e curado termicamente. Os resultados de potenciais de circuito aberto (OCPs) mostraram que nosso revestimento poli(SA-Hex-BZ) tinha excelente desempenho anticorrosivo.