軟鋼用防食コーティングとしての新規ポリベンゾオキサジン前駆体の合成、特性評価および保護効率

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5581 (2023) この記事を引用

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この研究では、サリチルアルデヒド (SA) と n-ヘキシルアミン (Hex-NH2) を加えて 2-[(E)-(ヘキシルイミノ)メチル] フェノール (SA-Hex-SF) を合成し、その後、水素化ホウ素ナトリウムで還元して、 2-[(ヘキシルアミノ)メチル]フェノール (SA-Hex-NH) を生成します。 最後に、SA-Hex-NH がホルムアルデヒドと反応して、ベンゾオキサジン モノマー (SA-Hex-BZ) が得られます。 次に、モノマーを210℃で熱重合させてポリ(SA-Hex-BZ)を生成した。 SA-Hex-BZ の化学組成は、FT-IR、1H、および 13C NMR 分光法を使用して調べられました。 示差走査熱量測定 (DSC)、熱重量分析 (TGA)、走査型電子顕微鏡 (SEM)、および X 線回折 (XRD) をそれぞれ使用して、SA-Hex- の熱挙動、表面形態、および結晶化度を調べました。 BZ およびその PBZ ポリマー。 軟鋼 (MS) は、スプレー コーティングと熱硬化技術 (MS) を使用して迅速に調製されたポリ (SA-Hex-BZ) でコーティングされました。 最後に、電気化学試験を使用して、MS 上のポリ (SA-Hex-BZ) コーティングの耐腐食性を評価しました。 この研究によると、ポリ(SA-Hex-BZ)コーティングは疎水性であり、腐食効率は91.7%に達しました。

破壊専門家の到着を予期し、リンクされた電流境界として機能することにより、有機コーティングは金属や鋼の腐食に抵抗するために頻繁に使用されました1。 工業プロセス中の軟鋼の好ましくない腐食を防ぐための主な戦略には、耐腐食性の有機コーティングが含まれます。 これは、抵抗の抑制と接触を維持し、腐食性種の通過を防ぐバリアの作成と連携しており、手頃な価格で実用的な解決策であると考えられていました 2,3。 コーティングの保護バリア特性を特徴付けるために、コーティングのポリマーネットワークを通過するイオン輸送速度と水分が頻繁に使用されました3。 比較的リスクの高い PBZ コーティングは、特定の官能基が組み込まれている場合、金属基材への密着性が向上し、腐食に耐えることができます4,5。 最近、鋼の表面は、腐食を抑制するために PBZ ベースの電気活性種で構成される保護不動態酸化物層で覆われています 6,7。 同様に、軟鋼 (MS) を硬化性ポリベンゾオキサジン (PBA-ddm) で覆うと、良好な腐食抑制が達成され、コーティングされていない MS7 で発生した腐食速度と比較して腐食速度が 2 桁減少しました。 ポリベンゾオキサジン (PBZ) の架橋ネットワーク構造には分子内および分子間の水素結合が含まれており、これによりポリベンゾオキサジンに多くの望ましい特性、優れた機械的特性および絶縁特性 8,9 が提供されるほか、高い熱安定性、高いガラス転移温度、高いチャー収率、ほとんど収縮しない重合、低い表面自由エネルギー、およびより高い吸湿性。 ベンゾオキサジンモノマーは一般に、フェノール、第一級アミン、ホルムアルデヒドのマンニッヒ反応を介して生成され、触媒を使用せず、開環重合 (ROP) で副生成物を放出することなく、熱硬化によって容易に重合できます 10,11。 優れた機械的、化学的、熱的特性を備えた高性能ポリマーには、PBZ や芳香族ポリイミドなどがあります 12。 卑金属の腐食を軽減するためにさまざまな方法が採用されていますが、その中で抑制剤は最も単純かつ最もよく知られているものの 13 です。 このモノマーと得られる PBZ の性能は、ベンゾオキサジン モノマーに存在する設計と官能基化における顕著なレベルの構造的柔軟性を利用することによって強化される可能性があります。 これにより、これらのモノマーの可能な用途の多様性が増加しました。 たとえば、ベンゾオキサジン主鎖にスルホン酸ユニットを挿入すると、得られた PBZ はメタノールベースの燃料電池において優れた耐酸性と低いメタノール透過性を示し、良好な熱安定性を示しました。 それらは水素膜に適した材料でした14。 大豆（SE）は、硫酸媒体中での炭素鋼の腐食を抑制するために利用されました15。 PBZ は有望なマトリックス材料であることがわかっていますが、宇宙環境でより効率的に利用する必要がある場合でも、原子状酸素 (AO)、紫外線 (UV)、電離、真空紫外 (VUV)、および熱サイクル16、17。 さまざまな材料、特にポリマー、染料、顔料、半導体デバイスは UV 光によって劣化しました 18。 ポリマー材料は永続的な劣化に耐え、その結果、その特性に影響を与えました19,20。 メーカーは、エレクトロニクス、耐火性、および超疎水性コーティングなどのポリベンゾオキサジンコーティングを高温で使用しました21、22、23。 ポリベンゾオキサジンのさまざまな用途を増やすために、シラン官能化ポリベンゾオキサジン防食コーティングが鋼表面に適用されました。 腐食電流が純粋な MS 表面の 5 分の 1 であったため、このコーティングは鋼の腐食速度を効果的に減少させました 24。 MS 表面には、ビスフェノール A をベースとした疎水性ポリベンゾオキサジン (PBA-a) コーティングが生成されました。 研究によると、MS への PBA-a コーティングはエポキシ樹脂コーティングよりも優れた耐腐食性を示しました7。 P-フェニレンジアミン ベンゾオキサジンおよびベンゾオキサジンをベースとした市販のビスフェノール A も、1050 アルミニウム合金上の耐食性コーティングとして利用されました 25。 最近の研究では、植物油などのバイオベース材料から開発された PBZ 誘導体が、Zn-Mg-Al 合金で覆われた鋼の腐食を抑制する効果があることが示されています 15,26,27。 これらの研究により、PBZ が腐食性環境材料として使用できることが明らかになりました 28。 主鎖型ベンゾオキサジンポリマー (MCBP) と呼ばれる新しいタイプの PBZ 前駆体は、ポリマー主鎖内に架橋可能なベンゾオキサジン環を含んでいます 29。 ジアミン、ビスフェノール A、パラホルムアルデヒドを使用して、高分子量 PBZ が合成されました 30。 靱性試験の結果によると、MCBP から製造された高分子量 PBZ 熱硬化性樹脂は、より一般的な低分子量 PBZ から製造された熱硬化性樹脂よりも耐久性が高くなります。 MCBP で優れた物理的および機械的特性を生み出すために、パラホルムアルデヒド、ジアミン、ビスフェノール F の異性体の組み合わせが使用されました 31。 ピリミジン誘導体も、酸性環境における環境に優しい効果的な腐食防止剤として報告されています 32。 緑色腐食防止剤として独自のカーボンドットを使用することにより、酸性環境における軟鋼の耐腐食性が向上します33。 ここでは、n-ヘキシルアミンとSAのシッフ塩基縮合、続いて水素化ホウ素ナトリウムによるシッフ塩基化合物の還元、最後に1,4-ジオキサン(DO)中のホルムアルデヒドによる閉環を通じて、新規ベンゾオキサジンモノマー(SA-Hex-BZ)を合成しました。 ) 100 °C で [図 1] 1]、それらの化学構造はFTIR 1Hおよび13CNMRによって証明されました。 SA-Hex-BZ およびポリ (SA-Hex-BZ) の熱安定性、熱硬化挙動、および表面形態は、TGA、DSC、および走査型電子顕微鏡 (SEM) によって確認されました。 MS 表面に SA-Hex-BZ モノマーをスプレーし、熱硬化させました。 開路電位 (OCP) の結果は、当社のポリ (SA-Hex-BZ) コーティングが優れた耐腐食性能であることを示しました。

(a) SAからの(b) SA-Hex-SF、(c) SA-Hex-NH、(d) SA-Hex-BZおよび(e) ポリ(SA-Hex-BZ)の合成。

サリチルアルデヒド（SA）、n-ヘキシルアミン（Hex-NH2）、エタノール、水酸化ナトリウム（NaOH）、無水硫酸ナトリウム、ホルムアルデヒド、1,4-ジオキサン（DO）、クロロホルム、水素化ホウ素ナトリウム（NaBH4）、希塩酸を購入しました。アクロスから。 すべての融点は、Melt-Temp II 融点測定器で記録および補正されました。 この実験で使用した化学薬品と溶媒はすべて Sigma-Aldrich から購入したもので、すべて分析グレードです。

Ｈｅｘ−ＮＨ ２ （４０ｍｍｏｌ、５．２５ｍＬ）を、ＳＡ（４０ｍｍｏｌ、４．２ｍＬ）の絶対水溶液中でゆっくりと撹拌した。 エタノール (30 mL) に 60 °C で 5 時間反応させます。 粘稠な液体生成物は透明で黄色であった［図２］。 1b]。 沸点：78～79℃。 FTIR（KBr、cm−1、図2a）：3550〜3300（OH）、1633（CH=N）。1H-NMR（400MHz、CDCl3、δ、ppm、図3）：13.85（s、1H） 、-OH)、8.35 (s、1H、-CH=N-)、6.80–7.40 (m、4H、ArH)、3.60 (t、2H、-CH2-)、1.70 (m、2H、-CH2-) 、1.40 (m、4H、3–CH2–)、1.0 (t、3H、–CH3)、13C-NMR (100 MHz、CDCl3、δ、ppm、図 4): デカップリング 163 (–CH=N–) )、2C により分解すると (4C 芳香族) になる 120 ～ 161 (6C 芳香族) にはプロトンがありません。

(a) SA-Hex-SF、(b) SA-Hex-NH、(c) SA-Hex-BZ、および(d) ポリ(SA-Hex-BZ)のFTIR分析。

SA-Hex-SFの1H NMRスペクトル。

SA-Hex-SFの13C NMRスペクトル。

ＳＡ−Ｈｅｘ−ＮＨ（２０ｍｍｏｌ、４．１０ｇ）および過剰のＮａＢＨ ４ （０．７６ｇ）を、室温で３時間撹拌しながらゆっくり加えた。 次いで、還元が完了した時点で水１００ｍＬを加え、生成物をクロロホルムで抽出し、水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、乾固するまで濃縮した。 粘稠な液体生成物は透明で黄色である［図２］。 1b]。 FTIR（KBr、cm−1、図2b）：3212（NH、伸縮）、分子間および分子内水素結合による3100〜3300（OH、ブロード）、1572（–NH–、曲げ）。 1H-NMR (400 MHz、CDCl3、δ、ppm、図 5): 7.80 (s、1H、OH)、6.77–7.30 (m、4H、ArH)、4.0 (s、2H、–CH2–)、2.70 (t、2H、-CH2-)、1.55 (m、2H、-CH2-)、1.35 (m、6H、3-CH2-)、0.5 (t、3H、-CH3)。

SA-Hex-NH の 1H NMR スペクトル。

SA-Hex-NH (30 mmol、6.21 g)を、30 mLのDO中の過剰のホルムアルデヒド(32 mmol、1.14 mL)とともに100℃で27時間撹拌した。 残渣をクロロホルムに溶解し、溶媒を蒸発させた直後にＮａＯＨ（２０ｍＬ、２Ｍ）溶液で洗浄した。 硫酸ナトリウム上で有機層を乾燥させ、抽出して乾燥させた。 生成物は茶色がかった液体油でした[図1]。 1d]。 SA-Hex-Bzの物理的特性を表1に示します。FTIR（KBr、cm-1、図2c）、1236（COC非対称伸縮）、1107（COC対称伸縮）、および930（オキサジン環）。 1H-NMR (400 MHz、CDCl3、δ、ppm、図 6): 6.75 ～ 7.40 (m、4H、ArH)、4.90 (s、2H、OCH2N)、4.0 (s、2H、ArCH2N=)、2.20 ( t、2H、-CH2-)、1.50 (m、8H、4-CH2-)、0.95 (t、3H、-CH3)。 13C NMR (100 MHz、CDCl3、δ、ppm、図 7): 129.93-118.12 (芳香族)、84.63 (-OCH2N-)、51.41 (ArCH2N-)。

SA-Hex-BZ の 1H NMR スペクトル。

SA-Hex-BZ の 13C NMR スペクトル。

ポリ(SA-Hex-BZ)の合成手順に従って、SA-Hex-BZモノマーを210℃の炉で硬化させました。 図1eに示すように、2でポリ(SA-Hex-BZ)を黒色固体として得ます。 ポリ(SA-Hex-BZ)の物性を表1に示します。

0.17% C、0.072% Ni、0.022% Si、0.0017% Al、0.011% Mo、0.010% P、0.71% Mn、0.182% Cu、0.022% F、0.045% Cr、0.011% Sn および 98.74% Fe がマイルドを構成します。鋼（MS）試験片34． 電気化学測定のために、MS 試料を 1 × 1 × 1 cm3 のブロックに切断しました。 試験プロセスに置かれたすべての試験片は、最初にアセトンで表面を洗浄し、次に乾燥する前に、1200 や 1400 などのさまざまなグレードのエメリー研磨紙で研磨します。 腐食性溶液は分析グレードの 97% H2SO4 (Sigma-Aldrich Laborchemikalien、ドイツ) で作られ、使用前に再蒸留水で希釈されます。

SA-Hex-BZ およびポリ (SA-Hex-BZ) を 200 ppm のクロロホルムに溶解して、阻害剤溶液を作成しました。 研究で採用された方法には、MS の表面にモノマーをスプレーし、210 °C で 2 時間硬化することが含まれます。 得られた層の厚さは 4 µm で、軟鋼電極上に薄いコーティング (ポリ(SA-Hex-BZ)) が形成されます (マイクロメーター ノギスを使用)。 開回路電位を進行させるには、腐食の原因となる媒体を浸す必要があります。

FTIR スペクトルは、Bruker Tensor 27 FTIR 分光光度計を使用し、KBr ディスク法により解像度 4 cm-1 で記録されました。 13C 核磁気共鳴 (NMR) スペクトルは、溶媒として CDCl3、外部標準として TMS を使用し、INOVA 500 機器を使用して記録しました。 化学シフトは百万分率 (ppm) で報告されました。 サンプルの熱安定性は、TG Q-50 熱重量分析装置を使用して N2 下で検査されました。 硬化した各サンプル（約 5 mg）を Pt セルに入れ、毎分 60 mL の N2 流量下、毎分 20 ℃の速度で 100 ℃から 800 ℃まで加熱しました。 広角 X 線回折 (WAXD) パターンは、台湾の国立シンクロトロン放射研究センター (NSRRC) のウィグラー ビームライン BL17A1 を使用して測定されました。 三角形に湾曲したＳｉ（１１１）単結晶を使用して、１．３３Åの波長（λ）を有する単色ビームを生成した。 サンプルの形態は、電界放射型走査型電子顕微鏡 (FE-SEM; JEOL JSM7610F) を使用して検査されました。 X 線光電子分光法 (XPS) は、単色 X 線 Al K-α 放射線を使用して K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific、米国) で収集されました。 10 ～ 1350 eV スポット サイズ 400 ミクロン、圧力 9 ～ 10 bar、フルスペクトルパスエネルギーは 200 eV、狭いスペクトルでは 50 eV。 ラマンスペクトルは、633 nm レーザーを備えた Horiba Jobin-Yvon HR800 ラマン分光計、10 秒の蓄積スキャンを 20 回繰り返し、倍率 50 倍のレンズを使用して調査されました。

ここで、サリチルアルデヒド（ＳＡ）とは、 1a] と n-ヘキシルアミン (Hex-NH2) を使用して SA-Hex-SF を生成しました [図 1a]。 1b]、これを NaBH4 で還元して SA-Hex-NH を得ました [図 1b]。 1c]、そして最後に SA-Hex-NH が CH2O と反応して、SA-Hex-BZ と呼ばれる新しいベンゾオキサジン前駆体が得られました。[図 1c]。 1d]。 次に、ベンゾオキサジン中で 210 °C でモノマーを熱硬化重合させて、ポリ (SA-Hex-BZ) を調製しました [図 4]。 1e]。 SA-Hex-BZ の FTIR スペクトルは、1236 および 1107 cm-1 を中心とする特徴的な吸収信号を特徴とし、それぞれ非対称および対称 C-O-C 伸縮に対応し、わずかな消失または強度の変化が発生します。 OH基のピーク強度 [図1] ２ｄ］を増加させ、その後２１０℃で熱硬化させてポリ（ＳＡ－Ｈｅｘ－ＢＺ）を得た。 FT-IR分析により、SA-Hex-BZモノマーの開環重合が確認され、933cm-1のオキサジン環の吸収バンドが熱硬化後に実質的に消失したことが明らかになった。 図S1は、210℃でのSA-Hex-BZモノマーの熱重合後のポリ(SA-Hex-BZ)のラマンプロファイルを示しています。 観察されたように、ベンゾオキサジン環のバンド (1236、1107、および 930 cm-1) は、SA-Hex-BZ モノマーの開環反応中に消費されます。 ベンゼン環からのC=C​​に起因する1611cm-1のピークはまだ存在しており、芳香環はBZモノマーの熱重合中に消費されないため、内部標準として使用されました。 ポリ (SA-Hex-BZ) サンプルの C1s、N1s、および O1s のピークは 285.32 eV、400.07 eV、および 532.97 eV で見つかりました。 それぞれ XPS 分析に基づいています [図 S2]。 図 8 は、SA-Hex-BZ およびポリ(SA-Hex-BZ) の DSC サーモグラムを示しています。 SA-Hex-BZ の DSC プロファイルに示されているように、吸熱ピークは融点に起因すると考えられ、発熱ピーク (ROP) はそれぞれ 179 °C と 198 °C でした 35。 高性能材料の製造に使用されていた以前のイミド官能化ベンゾオキサジンの研究と比較して、この研究の発熱ピークはより低い温度で現れました22。 SA-Hex-BZ を 210 °C で硬化させた後、SA-Hex-BZ の発熱ピークは完全に消失し、完全な ROP が示唆されました。 さらに、２１０℃で硬化後のポリ（ＳＡ−Ｈｅｘ−ＢＺ）のガラス転移温度（Ｔｇ）を表２に計算したところ、ポリ（ＳＡ−Ｈｅｘ−ＢＺ）のＴｇ値は２１７℃であった。 これらの結果は、3 つの異なる観察からの平均です。 したがって、当社の新しいポリ (SA-Hex-BZ) の Tg 値は、報告されている架橋材料 NDOPodaBz (210 °C で硬化後 205 °C) と比較して高かったです36。 ポリ(SA-Hex-BZ)の高いTg値は、フェノール性OH基とマンニッヒ橋の窒素原子間の高密度の分子間および分子内水素結合を参照することで説明できました。 SA-Hex-BZ モノマーおよび 210 °C で硬化後に得られる対応するポリ (SA-Hex-BZ) の安定性を、TGA を使用して研究しました (図 9、表 2)。 5%、10%、および 50% の重量損失の温度を (それぞれ Td5 および Td10、Td50) とみなしました。 硬化温度が上昇するにつれて、高度に架橋結合した熱硬化性樹脂が生成し、Td5、Td10、Td50、およびチャー収量のデータが増加しました。 モノマーを 210 °C で硬化させた後、800 °C での Td5、Td10、Td50、およびチャー収率のデータは、それぞれ 332、409、635 °C、および 51.89 wt.% でした。 SA-Hex-BZ モノマーの Td5、Td10、Td50 のデータ、チャー収率はそれぞれ 116、134、188 ℃、0.85 wt.% でした。 したがって、我々の新しいポリ（SA-Hex-BZ）の熱安定性は、SA-Hex-BZ の熱安定性よりも高かった。 210 °C での熱硬化後に得られた SA-Hex-BZ およびポリ(SA-Hex-BZ) の XRD プロファイルは、2 = 11° でのシグナルが不規則で非晶質の炭素を表す (002) 面を示していることを示しました。 [イチジク。 10]。 SEM画像【図1】 11] のポリ (SA-Hex-BZ) を 180 および 210 °C で熱硬化させた後の SEM 画像では、ポリ (SA-Hex-BZ) 粒子がロープのように互いに隣り合って配置されていることが示されました。

SA-Hex-BZ およびポリ(SA-Hex-BZ) の DSC サーモグラム。

SA-Hex-BZ およびポリ(SA-Hex-BZ) の TGA プロファイル。

SA-Hex-BZ およびポリ(SA-Hex-BZ) の XRD パターン。

ポリ(SA-Hex-BZ)の異なる倍率のSEM画像(×500(a)および×1000(b))。

図 12 は、ブランク溶液および 200 ppm の試験した阻害剤 (SA-Hex-BZ およびポリ(SA-Hex-BZ)) に浸漬した MS の電流ゼロでの E (mV) 対時間 (分) の曲線を示しています。ブランク溶液曲線では、Es.s がEim よりも負の電位に移動することが明らかでした。この変化は、MS の表面から腐食セルの Es.s に入るまで酸化膜が劣化するためです。試験阻害剤により、Es.s 値がコーティングされていない MS よりも正の電位にシフトしました。後者は、このような阻害剤分子層が MS 表面の活性部位に吸着されたことに起因します。開回路電位 (OCP) から得られたデータは、次のとおりです。表 3 に示します。

コーティングされていない MS と SA-Hex-BZ およびポリ(SA-Hex-BZ) でコーティングされた MS の Eocp-時間プロット。

ターフェルプロット分極法は、抑制剤の有無にかかわらず酸性条件にさらされた軟鋼の腐食電流、電位、速度、および抑制効率を、ES.S に対して 250 mV の範囲内で、スキャン速度 0.166 の間で推定します。および0.3mV/S。 腐食率 (CR で示される) と抑制剤効率パーセント (IE %) は、式 1、2、3 を使用して決定できます。 (1) および (2).37

ここで、CR は (腐食速度 mpy)、Icorr は (腐食電流密度 μA/cm2) であり、腐食プロセスが発生する電流値を記録します (式 1)。 重量は 55.8 原子量に等しい金属の当量重量 (g/当量)、A は試験溶液に浸漬された面積 (cm2)、ρ は 7.874 g/cm3 に等しい密度 (gm/cm3)、0.13 はメートル法と時間の変換係数。

図 13 は、抑制剤を使用した場合と使用しない場合の 1.0 M H2SO4 溶液中での軟鋼腐食の電位差分極曲線を示しています。 SA-Hex-BZ およびポリ(SA-Hex-BZ) の存在により、ターフェル勾配のシフトが引き起こされることが観察されました。 これは、(1) MS 電極の表面への阻害剤分子の付着、および (2) 使用した阻害剤の Ecorr がブランク溶液のそれとプラスに異なり、その差が 85 mV に達しないことを示しました。これは、これらのことが証明されました。阻害剤は混合されたものであり、陽極および陰極のターフェル勾配で減少します38。 表 4 は、阻害剤を使用した場合と使用しない場合の MS の Icorr、Ecorr、CR、IE%、θ などの TF から抽出されたパラメーターを記録します。 研究した阻害剤が存在しない場合、Icorr は 2990 (μA/cm2) に達し、CR は 2488 mpy に達しました。 さらに、ブランク溶液に対する阻害剤では、Icorr、CR、IE% のそれぞれの減少が観察されました。 ポリ(SA-Hex-BZ)は、SA-Hex-BZモノマーよりも高い阻害効率を示します(それぞれ91.7%および84.4%)。 SA-Hex-BZ モノマー (84.4%) と比較してポリ(SA-Hex-BZ) (91.7%) の高い阻害効率は、オキサジン単位の開環時に架橋密度が高く、前者の分子内 - 間の水素結合。 ポリ(SA-Hex-BZ)の非存在下および存在下における1.0 M H2SO4溶液中のMSの腐食挙動を、25℃で電気化学インピーダンス分光法(EIS)法によって調査した。 ポリ(SA-Hex-BZ)を含む場合と含まない場合の1.0 M H2SO4溶液中のMSのナイキストプロットを図S3に示します。これは単一の半円を示し、電荷移動プロセスが電極/溶液界面で発生していることを示しています。 ポリ(SA-Hex-BZ)を追加してもインピーダンスの形状は変化しませんが、この半円の直径は、ポリ(SA-Hex-BZ)が存在しない場合よりも存在する場合に増加します。 HCl 中での鋼のインピーダンス応答は、ポリ (SA-Hex-BZ) の存在下で大幅に変化し、ポリ (SA-Hex-BZ) の存在下で鋼の腐食が抑制されることは明らかです。 図S4は、SA-Hex-BZモノマーを210℃で2時間硬化させ、ポリ(SA-Hex-BZ)でコーティングされたMSを腐食性溶液に浸漬した後の、軟鋼上のポリ(SA-Hex-BZ)コーティングの表面形態を示しています。 1.0 M H2SO4 溶液。 SEM 画像から、腐食プロセス後のポリ (SA-Hex-BZ) コーティングの形態に現れる細孔や亀裂などの欠陥がないことが明らかになりました。 さらに、表面は軽度の損傷を受けており、これは、MS 上のポリ (SA-Hex-BZ) コーティングが、攻撃的な H2SO4 溶液中での MS の腐食を効果的に抑制できることを示しています。 これは、高い吸着特性を持つポリ(SA-Hex-BZ)コーティングとMS表面の間の配位相互作用から生じました。

コーティングされていない MS と SA-Hex-BZ およびポリ (SA-Hex-BZ) でコーティングされた MS のターフェル プロット。

SA-Hex-BZ 前駆体は、熱硬化後にコンパクトな架橋ネットワークを形成することができました。 このようにして、コーティングは 210 °C で 2 時間完全に硬化し、疎水性を示してポリ (SA-Hex-BZ) を生成し、MS の耐食性が大幅に向上しました。 図 14 は、バリア能力が硬化後のポリ (SA-Hex-BZ) コーティングの防食特性に主に関与していることを示しています。 高密度の架橋ネットワークを備えた疎水性ポリ (SA-Hex-BZ) コーティングは、親水性ベア MS と比較して腐食反応バリア能力を強化し、腐食性媒体の浸透を低減します。 表 5 から、poly(SA-Hex-BZ) と名付けられた当社のポリマーが、同じ腐食性媒体中で他の異なる抑制剤よりも最も高い抑制効果を発揮することがわかります。

ポリ(SA-Hex-BZ)を防食コーティングとしてコーティングしたMSの防食メカニズム。

要約すると、SA-Hex-BZ モノマーは、図 1 に示すように、縮合、還元、閉環反応を含む 3 つのステップを経て調製されました。DSC および TGA 分析により、ポリ(SA-Hex-BZ) が生成したことが明らかになりました。 210℃でのSA-Hex-BZの熱硬化後のポリ(SA-Hex-BZ)は、より高い架橋密度と分子内水素結合の程度により、高い値のTgとチャー収率を示しました。 0.1 M H2SO4 溶液では、ポリ (SA-Hex-BZ) でコーティングされた MS は、裸の MS よりも優れた耐腐食性を示しました。 これは、高い吸着特性を持つポリ(SA-Hex-BZ)コーティングとMS表面の間の配位相互作用から生じました。 ポリ(SA-Hex-BZ)という名前のポリマーが最も高い抑制効果を持っていることがわかります。 最後に、ヘキシル基をベンゾオキサジンコーティングに組み込むことは、高性能の腐食保護を提供する優れた選択肢であると思われます。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開記事に含まれています。

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この研究は、研究プロジェクト (RESPECT_1 ID: 10019) の一環として、エジプトの科学研究技術アカデミー (ASRT) によって支援されました。

科学技術イノベーション資金庁 (STDF) がエジプト知識銀行 (EKB) と協力して提供するオープンアクセス資金。

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カマル・I・アリ＆モハメド・ガマル・モハメド

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モハメド・ガマル・モハメド

アル・アズハル大学理学部化学科、アシュート、71524、エジプト

モハメド・アブデル・ハキム

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AMMS: 概念化、方法論、調査、データキュレーション、監督、視覚化、執筆 - レビュー済み編集。 KIA: 概念化、方法論、調査、データキュレーション、監督、視覚化、執筆、レビューとプロジェクト管理、資金調達。 MGM: データのキュレーション、原案の作成、監修、執筆 - レビューと編集。 AAA: 方法論、調査、データキュレーション、視覚化、および編集。 MRB: データのキュレーション、調査、視覚化、執筆 - 原案、執筆 - レビューおよび編集。 MAH: 概念化、方法論、調査、データキュレーション、リソース、執筆 - レビューと編集。

カマル・I・アリーまたはモハメド・ガマル・モハメドへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Soliman、AMM、Aly、KI、Mohamed、MG 他。 軟鋼用の防食コーティングとしての新規ポリベンゾオキサジン前駆体の合成、特性評価、および保護効率。 Sci Rep 13、5581 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-30364-x

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受信日: 2022 年 10 月 12 日

受理日: 2023 年 2 月 21 日

公開日: 2023 年 4 月 5 日

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