Síntesis, caracterización y eficacia protectora de un nuevo precursor de polibenzoxazina como recubrimiento anticorrosivo para acero dulce

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 5581 (2023) Citar este artículo

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En este estudio, se sintetizó 2-[(E)-(hexilimino)metil]fenol (SA-Hex-SF) mediante la adición de salicilaldehído (SA) y n-hexilamina (Hex-NH2), que posteriormente se redujo con borohidruro de sodio a producir 2-[(hexilamino)metil]fenol (SA-Hex-NH). Finalmente, el SA-Hex-NH reaccionó con formaldehído para dar un monómero de benzoxazina (SA-Hex-BZ). Luego, el monómero se polimerizó térmicamente a 210 °C para producir el poli(SA-Hex-BZ). La composición química de SA-Hex-BZ se examinó mediante espectroscopia FT-IR, 1H y 13C NMR. Se utilizaron calorimetría diferencial de barrido (DSC), análisis termogravimétrico (TGA), microscopía electrónica de barrido (SEM) y difracción de rayos X (XRD), respectivamente, para examinar el comportamiento térmico, la morfología de la superficie y la cristalinidad del SA-Hex- BZ y su polímero PBZ. El acero dulce (MS) se recubrió con poli (SA-Hex-BZ) que se preparó rápidamente mediante recubrimiento por pulverización y técnicas de curado térmico (MS). Finalmente, las pruebas electroquímicas se utilizaron para evaluar la capacidad anticorrosiva del revestimiento de poli(SA-Hex-BZ) en MS. Según este estudio, el revestimiento de poli(SA-Hex-BZ) era hidrofóbico y la eficiencia de corrosión alcanzó el 91,7 %.

Al anticipar la llegada de especialistas destructivos y trabajar como límites de corriente vinculados, los recubrimientos orgánicos se utilizaron con frecuencia para resistir la corrosión en metales y acero1. Las principales estrategias para prevenir la corrosión desfavorable del acero dulce durante los procesos industriales incluyen recubrimientos orgánicos que resisten la corrosión. Esta puesta en contacto con la inhibición de la resistencia y la creación de una barrera que impida el paso de especies corrosivas se pensó entonces como una solución económica y práctica2,3. Las tasas de transporte de iones y humedad a través de la red de polímeros de un recubrimiento se utilizaron con frecuencia para caracterizar las propiedades de barrera protectora de un recubrimiento3. Los recubrimientos de PBZ de riesgo relativamente alto podrían adherirse mejor a los sustratos metálicos y resistir la corrosión cuando se les incorporaran grupos funcionales particulares4,5. Recientemente, las superficies de acero se cubrieron con capas protectoras de óxido pasivas compuestas de especies electroactivas a base de PBZ para inhibir la corrosión6,7. Como analogía, el recubrimiento de acero dulce (MS) con polibenzoxazina curable (PBA-ddm) logró una buena inhibición de la corrosión y una reducción de dos órdenes de magnitud en la tasa de corrosión en comparación con la generada por el MS7 sin recubrimiento. La estructura de red de reticulación de las polibenzoxazinas (PBZ) involucra enlaces de hidrógeno intramoleculares e intermoleculares que ofrecieron a las polibenzoxazinas muchas características deseables, excelentes características mecánicas y aislantes8,9, además de alta estabilidad térmica, altas temperaturas de transición vítrea, altos rendimientos de carbón, casi poca contracción al polimerización, baja energía libre superficial y mayor absorción de humedad. Los monómeros de benzoxazina se producían comúnmente mediante reacciones de Mannich de fenoles, aminas primarias y formaldehído, y podían polimerizarse fácilmente mediante curado térmico sin catalizador y sin liberar subproductos en su polimerización por apertura de anillo (ROP)10,11. Los polímeros de alto rendimiento con buenas propiedades mecánicas, químicas y térmicas incluyen PBZ y poliimidas aromáticas12. Se emplearon varias formas para reducir la corrosión del metal base, entre las cuales los inhibidores fueron uno de los más simples y mejor conocidos13. El rendimiento de este monómero y de las PBZ resultantes podría mejorarse haciendo uso de los niveles significativos de flexibilidad estructural en el diseño y la funcionalización que estaban presentes en los monómeros de benzoxazina. Esto aumentó la variedad de posibles usos de estos monómeros. Cuando se insertó una unidad de ácido sulfónico en el esqueleto de benzoxazina, por ejemplo, las PBZ resultantes exhibieron una excelente resistencia a los ácidos y una baja permeabilidad al metanol con buena estabilidad térmica en celdas de combustible a base de metanol; eran un buen material para las membranas de hidrógeno14. La soja (SE) se utilizó para inhibir la corrosión del acero al carbono en un medio sulfúrico15. Se descubrió que PBZ es un material de matriz prometedor, pero incluso si necesita ser utilizado de manera más eficiente en el entorno espacial, debe fortalecerse contra el oxígeno atómico (AO), ultravioleta (UV), ionizante, vacío-ultravioleta (VUV), y ciclos de calor16,17. Varios materiales, en particular polímeros, tintes, pigmentos y dispositivos semiconductores, fueron degradados por la luz ultravioleta18. Los materiales poliméricos sobrevivieron al deterioro permanente, como resultado, afectando sus propiedades19,20. Los fabricantes utilizaron recubrimientos de polibenzoxazina, como recubrimientos electrónicos, resistentes al fuego y súper hidrofóbicos a temperaturas elevadas21,22,23. Para aumentar la variedad de aplicaciones de las polibenzoxacinas, se aplicó a las superficies de acero un revestimiento anticorrosivo de polibenzoxacina funcionalizado con silano. Este recubrimiento disminuyó efectivamente la tasa de corrosión en el acero ya que la corriente de corrosión fue cinco veces menor que la de una superficie MS pura24. Sobre la superficie de MS, se produjeron recubrimientos hidrofóbicos de polibenzoxazina (PBA-a) basados en bisfenol A. Según los estudios, el revestimiento de PBA-a en MS mostró una resistencia a la corrosión superior a la del revestimiento de resina epoxi7. También se utilizó p-fenilendiamina benzoxazina y bisfenol A comercial basado en benzoxazina como revestimiento resistente a la corrosión en aleación de aluminio 105025. Estudios recientes han demostrado la eficacia de los derivados de PBZ desarrollados a partir de materiales de base biológica, incluido el aceite vegetal, para inhibir la corrosión del acero cubierto con aleación de Zn-Mg-Al15,26,27. Estos estudios revelaron que las PBZ podrían usarse como materiales ambientales corrosivos28. Un nuevo tipo de precursor de PBZ llamado polímero de benzoxazina de tipo de cadena principal (MCBP) contenía anillos de benzoxazina reticulables dentro de la columna vertebral del polímero29. Usando diamina, bisfenol A, así como paraformaldehído, se sintetizó PBZ de alto peso molecular30. De acuerdo con los resultados de las pruebas de dureza, los termoestables de PBZ de mayor peso molecular producidos a partir de MCBP son más duraderos que cualquiera de los preparados a partir de PBZ de menor peso molecular más común. Se utilizó una combinación de isómeros de paraformaldehído, diaminas y bisfenol-F para producir buenas características físicas y mecánicas con MCBP31. Los derivados de pirimidina también se informaron como un inhibidor de corrosión ecológico efectivo en ambientes ácidos32. Mejora de la capacidad del acero dulce para resistir la corrosión en un entorno ácido mediante el uso de puntos de carbono exclusivos como inhibidor verde de la corrosión33. En este documento, sintetizamos el nuevo monómero de benzoxazina (SA-Hex-BZ) a través de la condensación de base de Schiff de n-hexilamina con SA seguida de la reducción del compuesto de base de Schiff con borohidruro de sodio y, finalmente, el cierre del anillo con formaldehído en 1,4-dioxano (DO ) a 100 °C [Fig. 1], cuyas estructuras químicas fueron probadas por FTIR 1H y 13CNMR. Las estabilidades térmicas, el comportamiento de curado térmico y la morfología superficial de SA-Hex-BZ y poli(SA-Hex-BZ) se confirmaron mediante TGA, DSC y microscopía electrónica de barrido (SEM). Sobre la superficie MS, se roció el monómero SA-Hex-BZ y se curó térmicamente. Los resultados de los potenciales de circuito abierto (OCP) mostraron que nuestro revestimiento de poli(SA-Hex-BZ) tenía un excelente rendimiento anticorrosión.

Síntesis de (b) SA-Hex-SF, (c) SA-Hex-NH, (d) SA-Hex-BZ y (e) poli(SA-Hex-BZ) de (a) SA.

Se adquirieron salicilaldehído (SA), n-hexilamina (Hex-NH2), etanol, hidróxido de sodio (NaOH), sulfato de sodio anhidro, formaldehído, 1,4-dioxano (DO), cloroformo, borohidruro de sodio (NaBH4) y ácido clorhídrico diluido. de Acrós. Todos los puntos de fusión se registraron y corrigieron en el instrumento de punto de fusión Melt-Temp II. Los productos químicos y los disolventes utilizados en este experimento se compraron todos a Sigma-Aldrich y son todos de calidad analítica.

Se agitó lentamente hex-NH2 (40 mmol, 5,25 ml) hasta una solución de SA (40 mmol, 4,2 ml) en abs. etanol (30 ml) durante 5 h a 60 °C. El producto líquido viscoso era transparente y de color amarillo [Fig. 1b]. pb: 78–79 °C. FTIR (KBr, cm−1, Fig. 2a): 3550–3300 (OH), 1633 (CH=N).1H-NMR (400 MHz, CDCl3, δ, ppm, Fig. 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, Fig. 4): en 163 desacoplado (–CH=N– ), 120–161 (aromático 6C) que se convierte en (aromático 4C) en el departamento debido a que 2C no tiene protones.

Análisis FTIR de (a) SA-Hex-SF, (b) SA-Hex-NH, (c) SA-Hex-BZ y (d) poli(SA-Hex-BZ).

Espectro de RMN 1H de SA-Hex-SF.

Espectro de RMN 13C de SA-Hex-SF.

Se añadieron lentamente SA-Hex-NH (20 mmol, 4,10 g) y exceso de NaBH4 (0,76 g) con agitación durante 3 ha temperatura ambiente. Luego, se agregaron 100 mL de agua cuando se completó la reducción y el producto se extrajo con cloroformo, se lavó con agua, se secó sobre sulfato de sodio anhidro y se concentró hasta sequedad. El producto líquido viscoso era transparente y de color amarillo [Fig. 1b]. FTIR (KBr, cm−1, Fig. 2b): 3212 (NH, estiramiento), 3100–3300 (OH, ancho) debido al enlace de hidrógeno intermolecular e intramolecular, 1572 (–NH–, flexión). 1H-NMR (400 MHz, CDCl3, δ, ppm, Fig. 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–).

Espectro de RMN 1H de SA-Hex-NH.

SA-Hex-NH (30 mmol, 6,21 g) se agitó con un exceso de formaldehído (32 mmol, 1,14 mL) en 30 mL de DO a 100 °C durante 27 h. El residuo se disolvió en cloroformo y se lavó con una solución de NaOH (20 ml, 2 M) justo después de que el disolvente ya se hubiera evaporado. Sobre sulfato de sodio, la capa orgánica se secó y se extrajo a sequedad. El producto era un aceite líquido pardusco [Fig. 1d]. Las propiedades físicas de SA-Hex-Bz se enumeran en la Tabla 1. FTIR (KBr, cm−1, Fig. 2c), 1236 (estiramiento antisimétrico COC), 1107 (estiramiento simétrico COC) y 930 (anillo de oxazina). 1H-RMN (400 MHz, CDCl3, δ, ppm, Fig. 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, Fig. 7): 129,93–118,12 (aromático), 84,63 (-OCH2N-), 51,41 (ArCH2N-).

Espectro de RMN 1H de SA-Hex-BZ.

Espectro de RMN 13C de SA-Hex-BZ.

De acuerdo con el procedimiento para la síntesis de poli(SA-Hex-BZ), el monómero SA-Hex-BZ se curó en un horno a 210 °C; para que 2 produzcan poli(SA-Hex-BZ) como un sólido negro, como se presenta en la Fig. 1e. Las propiedades físicas de poli(SA-Hex-BZ) se enumeran en la Tabla 1.

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 y 98,74 % Fe constituyen la mezcla suave espécimen de acero (MS)34. Cortamos las muestras de MS en bloques de 1 × 1 × 1 cm3 para las mediciones electroquímicas. Cada espécimen sometido al proceso de prueba tiene sus superficies limpiadas primero con acetona, luego pulidas con papel de pulido de esmeril de diferentes grados, incluidos 1200 y 1400, incluso antes de secarse. Las soluciones corrosivas se elaboran con H2SO4 al 97% de grado analítico (Sigma-Aldrich Laborchemikalien, Alemania) y posteriormente se diluyen con agua bidestilada antes de su uso.

El SA-Hex-BZ y el poli(SA-Hex-BZ) se disolvieron en 200 ppm de cloroformo para crear la solución del inhibidor. El método empleado en los estudios consiste en rociar monómero sobre la superficie de MS y curarlo a 210 °C durante dos horas. La capa resultante tiene un espesor de 4 µm que forma una fina capa (poli(SA-Hex-BZ)) sobre el electrodo de acero dulce (utilizando un calibrador micrométrico). El medio que causa la corrosión debe sumergirse para permitir que continúe el potencial de circuito abierto.

Los espectros FTIR se registraron utilizando un espectrofotómetro Bruker Tensor 27 FTIR con una resolución de 4 cm–1 a través del método de disco KBr. Los espectros de resonancia magnética nuclear (RMN) de 13C se registraron utilizando un instrumento INOVA 500 con CDCl3 como disolvente y TMS como patrón externo; los cambios químicos se informaron en partes por millón (ppm). Las estabilidades térmicas de las muestras se examinaron bajo N2 utilizando un analizador termogravimétrico TG Q-50; cada muestra curada (aprox. 5 mg) se colocó en una celda de Pt y se calentó a una velocidad de 20 °C min–1 de 100 a 800 °C con una velocidad de flujo de N2 de 60 mL min–1. Los patrones de difracción de rayos X de gran angular (WAXD) se midieron utilizando la línea de luz ondulada BL17A1 del Centro Nacional de Investigación de Radiación de Sincrotrón (NSRRC), Taiwán; se usó un monocristal de Si (111) curvado triangular para dar un haz monocromático que tenía una longitud de onda (λ) de 1,33 Å. Las morfologías de las muestras se examinaron mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM; JEOL JSM7610F). La espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) se recolectó en K-ALPHA (Thermo Fisher Scientific, EE. UU.) con radiación monocromática de rayos X Al K-alfa − 10 a 1350 eV tamaño de punto 400 micras a una presión de 9–10 bar con paso de espectro completo energía 200 eV y en espectro estrecho 50 eV. Los espectros Raman se investigaron utilizando el espectrómetro Raman Horiba Jobin-Yvon HR800 con láser de 633 nm, escaneos acumulados de 10 s repetidos 20 veces y una lente de aumento de 50x.

Aquí, el salicilaldehído (SA) [Fig. 1a] y n-hexilamina (Hex-NH2) para producir SA-Hex-SF [Fig. 1b], que luego se redujo con NaBH4 para producir SA-Hex-NH [Fig. 1c], y finalmente el SA-Hex-NH reaccionó con CH2O para producir un nuevo precursor de benzoxazina llamado SA-Hex-BZ) [Fig. 1d]. Luego, el poli(SA-Hex-BZ) se preparó mediante polimerización de curado térmico de su monómero en benzoxazina a 210 °C [Fig. 1e]. El espectro FTIR de SA-Hex-BZ presenta señales de absorción características centradas en 1236 y 1107 cm−1, correspondientes a estiramientos C–O–C asimétricos y simétricos, respectivamente, en los que se produce una ligera desaparición o cambios en su intensidad, así como la intensidad del pico para el grupo OH [Fig. 2d], se incrementó, posterior curado térmico a 210 °C para dar poli(SA-Hex-BZ). El análisis FT-IR confirmó la polimerización por apertura de anillo del monómero SA-Hex-BZ, lo que reveló que la banda de absorción del anillo de oxazina a 933 cm−1 prácticamente desaparecía después del curado térmico. La Figura S1 presenta el perfil Raman de poli(SA-Hex-BZ) después de la polimerización térmica del monómero SA-Hex-BZ a 210 °C. Como se observa, las bandas (1236, 1107 y 930 cm−1) del anillo de benzoxazina se consumen durante la reacción de apertura del anillo del monómero SA-Hex-BZ. El pico de 1611 cm−1 atribuido a C=C del anillo de benceno todavía existía y se usó como estándar interno porque el anillo aromático no se consume durante la polimerización térmica del monómero BZ. Los picos de C1s, N1s y O1s en la muestra de poli(SA-Hex-BZ) se encontraron en 285,32 eV, 400,07 eV y 532,97 eV; respectivamente, según el análisis XPS [Figura S2]. La Figura 8 muestra termogramas DSC de SA-Hex-BZ y poli(SA-Hex-BZ). Como se muestra en el perfil DSC de SA-Hex-BZ, el pico endotérmico puede atribuirse al punto de fusión y el pico exotérmico (ROP) fue de 179 °C y 198 °C, respectivamente35. En comparación con investigaciones anteriores sobre benzoxazina funcionalizada con imida que se habían empleado en la fabricación de materiales de alto rendimiento, los picos exotérmicos de este estudio se manifestaron a temperaturas más bajas22. Después del curado de SA-Hex-BZ a 210 °C, los picos exotérmicos de SA-Hex-BZ desaparecieron por completo, lo que sugiere una ROP completa. Además, la temperatura de transición vítrea (Tg) de poli(SA-Hex-BZ) después del curado a 210 °C se calculó en la Tabla 2, en la que el valor de Tg de poli(SA-Hex-BZ) fue de 217 °C. Estos resultados son el promedio de tres observaciones diferentes. Por lo tanto, el valor de Tg en nuestro nuevo poli(SA-Hex-BZ) fue mayor en comparación con los materiales reticulados informados NDOPodaBz (205 °C después del curado a 210 °C)36. Pudimos explicar el alto valor de Tg de poli(SA-Hex-BZ) al referirnos a la alta densidad de enlaces de hidrógeno intermoleculares e intramoleculares entre los grupos OH fenólicos y los átomos de nitrógeno en los puentes de Mannich. La estabilidad del monómero SA-Hex-BZ así como de su correspondiente poli(SA-Hex-BZ) obtenido tras el curado a 210 °C se estudió mediante TGA (Fig. 9, Tabla 2). Consideramos la temperatura para una pérdida de peso del 5 %, 10 % y 50 % como (Td5 y Td10, Td50, respectivamente). A medida que aumentaba la temperatura de curado, se desarrollaron termoestables altamente entrecruzados, aumentando los datos de Td5, Td10, Td50 y rendimientos de carbón. Después de curar el monómero a 210 °C, los datos de Td5, Td10, Td50 y rendimientos de carbón a 800 °C han sido 332, 409, 635 °C y 51,89 % en peso, respectivamente; para SA-Hex-BZ, los datos de monómero de Td5, Td10, Td50 y los rendimientos de carbón han sido 116, 134, 188 °C y 0,85% en peso, respectivamente. Por lo tanto, las estabilidades térmicas de nuestro nuevo poli(SA-Hex-BZ) fueron más altas que las del SA-Hex-BZ. Los perfiles XRD de SA-Hex-BZ y poli(SA-Hex-BZ) obtenidos después del curado térmico a 210 °C mostraron que la señal en 2 = 11° se refiere al plano (002), que representa carbonos irregulares y amorfos. [Higo. 10]. Las imágenes SEM [Fig. 11] de poli(SA-Hex-BZ), después del curado térmico a 180 y 210 °C, las imágenes SEM mostraron que las partículas de poli(SA-Hex-BZ) estaban colocadas una al lado de la otra como cuerdas.

Termogramas DSC de SA-Hex-BZ y poli(SA-Hex-BZ).

Perfiles TGA de SA-Hex-BZ y poli(SA-Hex-BZ).

Patrones XRD de SA-Hex-BZ y poli(SA-Hex-BZ).

Imágenes SEM de poli (SA-Hex-BZ) y diferentes aumentos (× 500 (a) y × 1000 (b)).

La Figura 12 muestra las curvas de E (mV) vs. tiempo (min.) a corriente cero para MS sumergido en la solución blanco y 200 ppm de los inhibidores probados (SA-Hex-BZ y poli(SA-Hex-BZ). Estaba claro que para las curvas de solución en blanco, Es.s se mueve a un potencial negativo que Eim. Este cambio se debe al deterioro de la película de óxido desde la superficie de MS hasta que ingresa a la Es.s. de la celda de corrosión. La adición de varias concentraciones de los inhibidores de prueba dieron como resultado un cambio del valor de Es.s a un potencial más positivo que el MS sin recubrimiento. Este último resultado de la adsorción de una capa de molécula inhibidora de este tipo en los sitios activos de la superficie del MS. Los datos derivados del potencial de circuito abierto (OCP) son que se muestra en la Tabla 3.

Gráficas Eocp-tiempo de MS no recubierta y MS recubierta con SA-Hex-BZ y poli(SA-Hex-BZ).

El método de polarización de diagrama de Tafel estima la corriente de corrosión, el potencial, la velocidad y la eficiencia de inhibición del acero dulce que se ha sometido a condiciones ácidas con y sin inhibidores dentro de un rango de 250 mV frente a ES.S y a una velocidad de exploración de entre 0,166 y 0,3 mV/S. La tasa de corrosión (denotada por CR) y el porcentaje de eficiencia del inhibidor (IE %), se pueden determinar utilizando las Ecs. (1) y (2).37

donde CR fue la (tasa de corrosión mpy), Icorr fue la (densidad de corriente de corrosión μA/cm2), que registra el valor de la corriente a la que se lleva a cabo el proceso de corrosión, Eq. peso fue el peso equivalente del metal (g/equivalente) igual a 55,8 masa atómica, A es el área (cm2) sumergida en las soluciones ensayadas, ρ es la densidad (gm/cm3) igual a 7,874 g/cm3, y 0,13 fue el factor de conversión métrico y de tiempo.

La figura 13 muestra las curvas de polarización potenciodinámica de la corrosión del acero dulce en una solución de H2SO4 1,0 M con y sin inhibidores. Se observó que la presencia de SA-Hex-BZ y poli(SA-Hex-BZ), provocó desplazamientos en las laderas de Tafel. Esto indicó que: (1) la adhesión de las moléculas inhibidoras a la superficie de los electrodos MS y (2) la Ecorr de los inhibidores usados difiere positivamente de la de la solución blanco, y la diferencia no llega a 85 mV, lo que demostró que estos los inhibidores son mixtos y se reducen en pendiente de Tafel anódica y catódica38. La Tabla 4 registra los parámetros extraídos de TF como Icorr, Ecorr, CR, IE% y θ de MS con y sin inhibidores. En ausencia de los inhibidores estudiados, Icorr aumentó hasta llegar a 2990 (µA/cm2) y CR aumentó hasta llegar a 2488 mpy. Además, con los inhibidores de la solución en blanco, se observó una disminución en cada uno de los % de Icorr, CR e IE. El poli(SA-Hex-BZ) presenta una mayor eficacia de inhibición que el monómero SA-Hex-BZ (91,7 % y 84,4 %, respectivamente). La alta eficiencia de inhibición de poli(SA-Hex-BZ) (91,7 %) en comparación con el monómero SA-Hex-BZ (84,4 %) fue provocada, al abrirse el anillo de las unidades de oxazina, hubo una mayor densidad de entrecruzamiento y enlaces de hidrógeno intra-intermoleculares en el anterior. El comportamiento de corrosión de MS en una solución de H2SO4 1,0 M en ausencia y presencia de poli(SA-Hex-BZ) se investigó mediante el método de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) a 25 °C. Los gráficos de Nyquist de MS en solución de H2SO4 1,0 M con y sin poli(SA-Hex-BZ) se muestran en la Figura S3, que muestra un solo semicírculo y revela que el proceso de transferencia de carga se produce en la interfaz electrodo/solución. La adición del poli(SA-Hex-BZ) no cambia la forma de la impedancia, pero el diámetro de este semicírculo aumenta en presencia de poli(SA-Hex-BZ) que en su ausencia. Está claro que la respuesta de impedancia del acero en HCl cambia significativamente en presencia de poli(SA-Hex-BZ) y la corrosión del acero se inhibe en presencia de poli(SA-Hex-BZ). La figura S4 muestra la morfología de la superficie del revestimiento de poli(SA-Hex-BZ) sobre acero dulce después de curar el monómero SA-Hex-BZ a 210 °C durante 2 h y sumergir el MS revestido con poli(SA-Hex-BZ) en una solución corrosiva Solución de H2SO4 1,0 M. Las imágenes SEM revelaron que no aparecen defectos como poros o grietas en la morfología de los recubrimientos de poli(SA-Hex-BZ) después del proceso de corrosión. Además, la superficie está levemente dañada, lo que indica que el revestimiento de poli(SA-Hex-BZ) en MS puede inhibir eficazmente la corrosión de MS en la solución agresiva de H2SO4. Esto surgió de la interacción de coordinación entre los recubrimientos de poli(SA-Hex-BZ) y las superficies MS, que tienen altas propiedades de adsorción.

Gráficos de Tafel de MS sin recubrir y MS recubierto con SA-Hex-BZ y poli(SA-Hex-BZ).

El precursor SA-Hex-BZ fue capaz de formar una red de reticulación compacta después del curado térmico. Como tal, el recubrimiento se curó por completo a 210 °C durante 2 horas y exhibió cualidades hidrofóbicas para producir poli(SA-Hex-BZ), que mejoró considerablemente la resistencia a la corrosión de MS. La figura 14 indica que la capacidad de barrera fue la principal responsable de la propiedad anticorrosiva del revestimiento de poli(SA-Hex-BZ) después del curado. El revestimiento de poli (SA-Hex-BZ) hidrofóbico con una densa red reticulada puede mejorar la capacidad de barrera de reacción a la corrosión y reducir la penetración del medio corrosivo en comparación con el MS desnudo hidrofílico. En la Tabla 5, se puede notar que nuestro polímero llamado poli(SA-Hex-BZ) tiene el efecto de inhibición más alto de otros inhibidores diferentes en el mismo medio corrosivo.

Mecanismo de protección contra la corrosión de MS recubierto con poli(SA-Hex-BZ) como recubrimiento anticorrosión.

En resumen, el monómero SA-Hex-BZ se preparó a través de tres pasos, incluida la reacción de condensación, reducción y cierre del anillo, como se muestra en la Fig. 1. Los análisis DSC y TGA revelaron que el poli(SA-Hex-BZ) producido después del curado térmico de SA-Hex-BZ a 210 °C, se obtuvo un alto valor de Tg y rendimiento de carbón debido a la mayor densidad de reticulación y al grado de enlaces de hidrógeno intramoleculares en poli(SA-Hex-BZ). En una solución de H2SO4 0,1 M, el MS recubierto con poli(SA-Hex-BZ) reveló una resistencia superior a la corrosión que el MS desnudo. Esto surgió de la interacción de coordinación entre los recubrimientos de poli(SA-Hex-BZ) y las superficies MS, que tienen altas propiedades de adsorción. Se puede notar que nuestro polímero llamado poli(SA-Hex-BZ) tiene el mayor efecto de inhibición. Finalmente, la incorporación del grupo hexilo en los recubrimientos de benzoxazina parece ser una excelente opción para brindar protección contra la corrosión de alto rendimiento.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.

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Financiamiento de acceso abierto proporcionado por The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en cooperación con The Egyptian Knowledge Bank (EKB).

Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Sohag, Sohag, 82524, Egipto

Ahmed MM Soliman, Amer A. Amer y Mostafa R. Belal

Laboratorio de Investigación de Polímeros, Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Assiut, Assiut, 71516, Egipto

Kamal I. Ali y Mohamed Gamal Mohamed

Departamento de Materiales y Ciencias Optoelectrónicas, Centro de Polímeros Funcionales y Materiales Supramoleculares, Universidad Nacional Sun Yat-Sen, Kaohsiung, Taiwán

Mohamed Gamal Mohamed

Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Al-Azhar, Assiut, 71524, Egipto

Mohamed Abdel Hakim

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Correspondencia a Kamal I. Aly o Mohamed Gamal Mohamed.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Soliman, AMM, Aly, KI, Mohamed, MG et al. Síntesis, caracterización y eficacia protectora de un precursor novedoso de polibenzoxazina como recubrimiento anticorrosivo para acero dulce. Informe científico 13, 5581 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30364-x

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Recibido: 12 de octubre de 2022

Aceptado: 21 de febrero de 2023

Publicado: 05 abril 2023

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