Báo cáo " Nghiên Cứu Lớp Phủ Bảo Vệ Chống Ăn Mòn Cho Thép Cacbon Trên Cơ Sở Polyurethan Và Cáo Hợp Chất Photpho" pptx

55
TP CHÍ KHOA HC VÀ CÔNG NGH Tp 44, s 2, 2006 Tr. 55-
60
NGHIÊN CU LP PH BO V CHNG N MÒN CHO THÉP
CACBON TRÊN C S POLYURETHAN VÀ CÁC H"P CH#T
PHOTPHO
TR NH ANH TRÚC, NGUY$N TU%N DUNG
I. M U
Các lp ph hu c luôn là phng pháp bo v chng n mòn cho thép c s! d#ng
r%ng rãi nh(t nh) tính hu hiu, ch,c ch,n và kinh t Hin nay, công ngh s n thông th)ng là
ph nhi3u lp, trong ó quá trình x! lý b3 m9t trc b:ng photphat hóa chi.m m%t v; trí quan
tr<ng. Quy trình pht phát hóa này th)ng di>n ra nhi3u giai o?n, òi h@i sA có m9t ca m%t
vài hp phBn %c h?i nh crom, molipdat trong môi tr)ng nc, dCn .n nhi3u tranh cãi i
vi v(n 3 nc thi công nghip [1 - 3].
GBn ây, m%t hng nghiên cLu mi ã hình thành, trong ó s! d#ng các hp ch(t photpho
hu c thay th. các quá trình pht phát hóa vô c truy3n thng. Các hp ch(t photpho hu c
này c s! d#ng theo hai hng: x! lí b3 m9t kim lo?i trc khi sn và phân tán vào h sn.
Trong s các hp ch(t photpho hu c ã kho sát, m%t pht phát hu c m?ch dài (tridecyl
photphat, TDP) cho hiu qu bo v chng n mòn cao hn c. Các k.t qu phân tích XPS cho
th(y có phn Lng t?o phLc Fe(TDP) trên ranh gii kim lo?i/polyme. Tuy nhiên, vi sA có m9t
ca TDP, kh nng bám dính ca màng l?i b; gim [4 - 6].
Trong bài báo này, chúng tôi kho sát nh h[ng ca các hp ch(t photpho ho?t %ng .n
kh nng bo v ca màng. Các tính nng bo v chng n mòn c ánh giá b:ng phng
pháp o in hóa.
II. PHN THC NGHIM
1. Nguyên liu
N3n kim lo?i c s! d#ng là thép cacbon CT3 có kích thc 100 ×150 × 2 mm. Các
photphat và photphonat hu c s! d#ng là methacryloxyethylphotphat (MOP), axit vinyl
photphonic (AVP) và axit photphoric do hãng AUCHEM cung c(p, có công thLc c(u t?o nh sau:

1


x

2
CH
2
C
CH

3
C
O
O
(CH
2
)
2
O
x
P (OH)
3-x
O
CH
2
CH
P (OH)

2
O
(AVP)

(MOP)
56
Ch(t t?o màng là nhAa polyurethan do hãng Bayer cung c(p, trên c s[ polyacrylic và
óng r,n desmodur có công thLc nh sau:

2. Chu"n b$ m&u, ch) t+o s.n
Các mCu thép có kích thc 100 × 150 × 2 mm c tfy s?ch dBu mg, ánh bóng b:ng
gi(y nhám .n % m;n 400, r!a s?ch b:ng nc và axeton, s(y khô và bo qun. Màng sn t?o
trên n3n thép b:ng phng pháp phun, % dày màng sn sau khi khô là 20 µm. Nhng % hp
ch(t photpho s! d#ng trong các lo?i lp ph là 1%.
III. PH/0NG PHÁP NGHIÊN C3U
Phép o in hóa c ti.n hành trên h ba in cAc. ji vi các h o không có màng
ph hu c, in cAc làm viclà thanh thép hình tr#, din tích b3 m9t 1 cm
2
. ji vi h o có
màng ph hu c, in cA c làm vic là mCu thép Aoc ph màng sn, ch#p ng nhAa PVC hình
tr# có chLa dung d;ch NaCl 3%, di n tích ti.p xúc ca b3 m9t sn vi môi tr)ng xâm thAc là
15 cm
2
. jin cAc so sánh là in cAc calomenl bão hòa. jin cAc i là in cAc platin. Phk
tkng tr[ c o trên máy AUTOLAB. Các phép o c 9t [ ch. % quét tA %ng tm di tBn
s 100 KHz .n 10 mHz.
IV. K6T QU8 VÀ TH8O LU;N
1. Kh<o sát kh< n?ng ph<n Ang cBa các hDp chEt photpho trên nGn thép
Quá trình phn Lng ca các hp ch(t photpho vi b3 m9t thép c theo dõi b:ng o
)ng cong phân cAc anôt ca b3 m9t thép trong dung d;ch chLa các hp ch(t photpho. Hình 1 trình
bày )ng cong phân cAc anôt ca in cAc thép trong dung d;ch chLa các hp ch(t photpho.

Th. in cAc (mV)
Hình 1. )ng cong phân cAc anot ca in cAc thép nhúng trong dung d;ch chLa các hp ch(t photpho

0.1
1
10
100
1000
10000
-1000 -500 0 500 1000 1500
H
3
PO
4
AVP
MOP
MËt ®é dßng (µA.cm
-2
)
O
C NH (CH
2
)
6
NCO
OCN - (CH
2
)
6
- N
C NH (CH
2
)

6
NCO
O
57
ji vi dung d;ch chLa MOP, mrt % dòng tng nhanh và gi không ki [ giá tr; khá cao,
gBn vi giá tr; mrt % dòng ca thép trBn trong môi tr)ng axit, chLng t@ quá trình tan liên t#c
ca thép trong dung d;ch chLa MOP.
ji vi dung d;ch chLa AVP, giai o?n Bu mrt % dòng tng nhanh sau ó gi không ki
rhi ti.p t#c tng và gi không ki [ giá tr; cao, tng tA nh trong dung d;ch chLa MOP. Giá tr;
mrt % dòng th(p ca thép trong dung d;ch chLa AVP so vi MOP trong giai o?n Bu có ths
gii thích do c(u trúc khác nhau cu phân t! AVP và MOP. Phân t! AVP chLa 2 nhóm chLc
axit 3u có xu hng hng ti và h(p ph# trên b3 m9t thép trong khi phân t! MOP chLa 1 nhóm
chLc axit và m?ch hydrocacbon c(u trúc chng k3nh, d> làm gii thoát các ion Fe
2
+
, t?o i3u kin
d> dàng cho phn Lng hòa tan s,t. ji vi dung d;ch chLa H
3
PO
4
, mrt % dòng tng nhanh [ giai
o?n Bu, sau ó kn ; nh và ti.p t#c gim, 9c trng cho quá trình th# %ng thép [7].
So sánh các )ng cong phân cAc trên hình 1, ta th(y rõ ràng trong các dung d;ch nghiên
cLu, chu có dung d;ch H
3
PO
4
có kh nng th# %ng thép.
js làm rõ thêm gi thuy.t trên ây, chúng tôi ti.n hành ch#p SEM b3 m9t mCu thép sau
khi phân cAc .n in th. 1V. Hình 2 trình bày nh SEM các mCu thép sau khi ch?y phân cAc

anot trong dung d;ch chLa các hp ch(t photpho .n in th. 1V.
Hình 2. vnh SEM các mCu thép sau khi ch?y phân cAc anot trong dung d;ch chLa các hp
ch(t AVP (a), MOP (b), H
3
PO
4
(c) .n in th. 1V
ji vi mCu thép phân cAc trong dung d;ch MOP và AVP, ta quan sát th(y m%t lp dày
các sn phfm n mòn c hình thành trên b3 m9t sau khi phân cAc. Trái lai, i vi b3 m9t
thép phân cAc trong dung d;ch H
3
PO
4
b3 m9t thép không h3 b; n mòn, có ths th(y rõ các rãnh
mài trên b3 m9t.
Các k.t qu trên cho th(y, MOP và AVP gây phn Lng n mòn thép, sA có m9t ca H
3
PO
4
có tác d#ng th# %ng b3 m9t thép.
(a) (b)
(c)
58
2. Kh<o sát kh< n?ng b<o v chJng ?n mòn cB a màng s.n polyurethan trong sN có mPt cBa
các hDp chEt photpho hQu c.
Hình 3 trình bày phk tkng tr[ ca thép c ph b:ng màng polyurethan sau 4 tuBn ngâm
trong dung d;ch NaCl 3%.

PhBn thAc (. cm
2

)
Hình 3. Phk tkng tr[ ca thép c ph b:ng màng polyurethan sau 4 tuB n
ngâm trong dung d;ch NaCl 3%
Phk tkng tr[ c 9c trng b[i 2 cung, cung thL nh(t [ tBn s cao cho thông tin v3 kh
nng ngn cách ca màng, cung thL 2 [ vùng tBn s th(p liên quan .n các phn Lng in hóa
xy ra trên ranh gii kim lo?i / polyme. Giá tr; in tr[ màng và in tr[ phân cAc c tính tm
phk tkng tr[. Ta có giá tr; in tr[ màng tng i th(p, khong 11 K.cm
2
. Giá tr; in tr[
phân cAc khong 7 K.cm
2
. Giá tr; th(p ca in tr[ phân cAc có ths do kh nng bám dính ca
màng kém. Các k.t qu o tkng tr[ trên hình 3 cho th(y kh nng bo v chng n mòn ca thép
c ph màng sn polyurethan không cao.

PhBn thAc (. cm
2
)
Hình 4. Phk tkng tr[ ca thép c ph b:ng màng polyurethan trong sA có m9t ca
AVP (a), MOP (b), H3PO4

(c) sau 4 tuBn ngâm trong dung d;ch NaCl 3%
Hình 4 trình bày phk tkng tr[ ca thép c ph b:ng màng polyurethan trong sA có m9t
ca các hp ch(t photpho sau 4 tuBn ngâm trong dung d;ch NaCl 3%.
0 10
0
5 10
3
1 10
4

0 10
0
5 10
3
1 10
4
1.5 10
4
2 10
4
15.8 Hz
10 mHz
PhÇn ¶o
0
1 10
4
2 10
4
0 1 10
4
2 10
4
3 10
4
4 10
4
5 10
4
(a)
39.8 Hz

0.15 Hz
0
5 10
4
1 10
5
05 10
4
1 10
5
1.5 10
5
2 10
5
(b)
10 mHz
10 Hz
0
5 10
5
1 10
6
0 5 10
5
1 10
6
1.5 10
6
2 10
6

(c)
1.58 Hz
10 mHz
PhÇn ¶o
PhÇn ¶o
59
ji vi màng sn có chLa AVP và chLa MOP, phk tkng tr[ ths hin 2 cung tách r)i. giá
tr; in tr[ màng nh@ hn so vi in tr[ phân cAc. So vi màng sn polyurethan không chLa
ph# gia (hình 3), giá tr; in tr[ màng và in tr[ phân cAc có cao hn m%t chút nhng không
áng ks.
ji vi màng sn chLa H
3
PO
4
, sau 28 ngày ngâm trong dung d;ch NaCl 3%, phk tkng tr[
trình bày 2 phBn, phBn tBn s th(p c xác ;nh tng i rõ b[i 1 cung vi giá tr; in tr[ cao,
khong 1000 K.cm
2
. PhBn tBn s cao là m%t )ng thzng, ging nh d?ng phk tkng tr[ ca
mCu sn ã c x! lí b3 m9t trc b: ng pht phát hóa [8].
Các k.t qu nghiên cLu ths hin trên hình 4 cho th(y, sA có m9t ca H
3
PO
4
trong màng sn
ã ci thin rõ rt kh nng bo v ca màng.
SA suy gim kh nng bo v ca màng theo th)i gian có ths theo dõi b: ng xác ;nh giá tr;
modul tkng tr[ [ tBn s th(p (1 Hz) theo th) i gian ngâm trong môi tr)ng xâm thAc [9]. Hình 5
trình bày modul tkng tr[ [ tBn s 1 Hz theo th)i gian ngâm trong dung d;ch NaCl 3% i vi
các mCu thép c ph màng polyurethan có chLa các hp ch(t photpho.

Th)i gian (ngày)
Hình 5. SA bi.n thiên ca modul tkng tr[ [ tBn s 1 Hz theo th)i gian ngâm trong dung d;ch NaCl 3% ca
các mCu thép ph màng polyurethan chLa AVP (o), MOP (x), H
3
PO
4
(•)
SA suy gim ca các mCu sn theo th)i gian có khác nhau rõ rt. ji vi mCu sn chLa
AVP, môun tkng tr[ gim liên t#c theo th)i gian vi giá tr; th(p. V i mCu sn chLa MOP, th)i
gian Bu, môun tkng tr[ gim không nhi3u theo th)i gian, sau 28 ngày ngâm trong dung d;ch
NaCl 3%, môun tkng tr[ gim m?nh nh vi mCu chLa AVP.
ji vi mCu sn chLa H
3
PO
4
, giá tr; modul tkng tr[ duy trì [ giá tr; tng i cao so v i
các mCu sn khác. SA suy gim ca môun tkng tr[ không nhi3u theo th)i gian, duy trì khá kn
inh cho .n 42 ngày ngâm trong dung d;ch NaCl 3%.
Tm các k.t qu trên, có ths th(y r:ng, các hp ch(t photpho hu c ho?t %ng nh AVP và
MOP khi a vào màng sn làm thay ki không nhi3 u kh nng bo v chng n mòn ca màng
sn. Axit photphoric khi a vào màng sn vi hàm lng nh@ có ths làm tng áng ks kh
nng bo v chng n mòn ca màng sn. K.t qu o cho th(y giá tr; in tr[ màng tng lên
10
0
10
1
10
2
10
3

10
4
10
5
0 10 20 30 40 50
Modul tæng trë ë 1 Hz (K.cm
2
)
60
hàng trm lBn so vi mCu sn không chLa ph# gia. SA gia tng kh nng bo v chng n mòn
ca màng sn khi có m9t axit photphoric có ths gii thích do sA hình thành màng th# %ng trên
b3 m9t thép / polyme khi có m9t trong màng sn (hình 2).
IV. K6T LU;N
1. B:ng phng pháp in hóa và phân tích SEM ã nghiên cLu tác %ng ca các hp ch(t
photpho hu c ho?t %ng (AVP, MOP) và axit photphoric trên b3 m9t thép. Các k.t qu nghiên
cLu cho th(y MOP và AVP gây phn Lng n mòn thép, tuy nhiên sA có m9t ca H
3
PO
4
có tác
d#ng th# %ng b3 m9t thép.
2. Khi a m%t lng nh@ các hp ch(t photpho hu c và axit photphoric vào màng sn,
AVP và MOP làm thay ki không nhi3u kh nng bo v chng n mòn ca màng sn. Trái l?i
sA có m9t ca axit photphoric làm tng áng ks kh nng bo v chng n mòn ca màng sn.
L.i c1m 3n. Các tác gi7 xin chân thành c7m =n ch>=ng trình nghiên cAu c= b7n cCa Nhà
n>Dc Eã hG trH kinh phí EK thLc hiMn công trình nghiên cAu này.sL có mQt cCa axit photphoric
làm tTng Eáng kK kh7 nTng b7o vM chng Tn mòn cCa màng s=n.
TÀI LIU THAM KH8O
1. D. A. Meldum, C. T. Lin - J. Coat. Technology 65 (1993) 47.
2. T. Yu, L. Li, C. T. Lin - J. Phys. Chem 99 (1995) 7613.

3. T. Yu, C. T. Lin, J. Coat - Technology 71 (1999) 69.
4. To Thi Xuan Hang, N. Pebere, F. Dabosi, N. Pelaprat, B. Boutevin, Y.Hervaud -
Corros. Sci. 39 (1997) 1925.
5. Trinh Anh Truc, N. P%bre, To Thi Xuan Hang, B. Boutevin, Y. Hervaud - Corros. Sci.
44 (2002) 2055.
6. Trinh Anh Truc, N. P%bre, To Thi Xuan Hang, B. Boutevin, Y. Hervaud -
Progress in organic coatings 49 (2004) 130.
7. N. Sato - Corrosion 45 (1989) 354.
8. F. Mansfeld, M. W. Kendig, T. Sai - Corrosion 38 (1982) 478.
9. J. Kittel - These de l’universite Paris VI, France, 2001.
SUMMARY
STUDYING PHOSPHOROUS COMPOUNDS AND POLYURETHANE COATING FOR
CORROSION PROTECTION CARBON STEEL

This study is focussed on the use of phosphorous compounds for the improvement of the
corrosion protection of carbon steel by a polyurethane coating. Three compounds were
employed: two with unsatured hydrocarbon chains: methacryloxyethylphosphate (MOP), acid
vinyl phosphonic (AVP) and an acid phosphoric (H
3
PO
4
). The compounds were used for added
directly to the coating. Corrosion resistance of the coated steel was evaluated by
electrochemical impedance spectroscopy. The results shown that the presence of H
3
PO
4
significantly improved the protective properties.

a ch: Nhn bài ngày 17 tháng 6 nm 2004

Vin Kƒ thurt nhit i, Vin Khoa h<c và Công ngh Vit Nam.