بخشی از مقاله
چکیده
پوشش اپوکسی حاوی نانوذرات گرافن اکساید برای استفاده نهایی در مخازن و سکوهای نفتی و لوله های آهنی در راستای رفع همزمان نگرانی های موجود خوردگی و آتش سوزی سطوح تعریف گردید . در این کار محلول گرافن اکساید - - GO در استون خالص در رزین اپوکسی - - EP به روش محلولی دیسپرس می شود . سنتز نانوکامپوزیت و دیسپرسیون آن ساده و هموار است . برای بررسی رفتار حرارتی و خوردگی نانوکامپوزیت های EP-0/2%WT GO و EP- 0/1%WT GO و EP-0/05 WT GO تهیه شد . رفتار حرارتی برای بیشترین درصد گرافن اکساید کمترین اتلاف جرم و بالاترین char yield را در بین نمونه های دیگر دارد. مقاومت خوردگی امپدانس برای بیشترین درصد از گرافن اکساید در اردرهای 1010 است .نتایج نشان دهنده پوشش ایده الی برای استفاده در سطوح داخلی و خارجی مخازن نفتی و سطوح فلزی دیگر در برابر خوردگی و شعله می باشد .
-1 مقدمه
در چند سال اخیر مطالعات و کارهای تحقیقاتی فراوانی در حوزه تک لایه گرافیت یعنی گرافن انجام گرفته است . تمرکز غالب بر این موضوع از صفت های " ترین" این لایه کربنی ناشی می شود. اولین و نزدیک ترین عضو خانواده گرافن گرافن اکساید است.[19]در تعریف بسیار ساده گرافن اکساید تک لایه ای از گرافیت اکساید است که در حضور اکسنده های قوی درصد بالایی از صفحات گرافیت با پیوندهای sp3 با عوامل اکسیژنی اشغال می شود . گروه های اکسیژنی به صورت تصادفی و غیرهمگن در دو طرف لایه گرافنی قرار می گیرند. حضور گروه های اکسیژنی افزایش فاصله صفحات را به همراه می آورد - expand - و نهایتا تشکیل ماده ای آبدوست را خواهیم داشت . مزیت آبدوستی گرافن اکساید دیسپرسیون آن در حلال های آلی و رزین ها و پلیمرها است .
گروه های اکسیژنی روی صفحات گرافن اکساید عموما شامل گروه های اپوکساید هیدروکسیل و کربوکسیل می باشد.[1][14][20]با ساخت نانوکامپوزیت های مختلف از گرافن اکساید می توان توانایی ها و ویژگی های بی نظیر این ماده را به رخ کشید. بدین منظور در این کار نقاط ضعف ماتریس اپوکسی مورد هدف قرار گرفت و اثر نانوفیلر صفحه ای گرافن اکساید در کنار ماتریس اپوکسی بررسی شد .در این کار هدف عمده از ساخت نانوکامپوزیت استفاده نهایی در پوشش های داخلی و خارجی مخازن و سکوهای نفتی لوله های آهنی و خطوط انتقال آب و گاز می باشد .[21]یکی از مهمترین دغدغه های صنایع نفتی ذخیره و نگه داری محصولات نفتی می باشد.
پوشش های صنعتی متداول برای تانک ها و سکوها عموما شامل چندین لایه هستند. ریت خوردگی سطح استیل بدون پوشش 250micron/year است. مخازن و سکوها ی ذخیره مواد نفتی علاوه بر عملکرد مناسب نباید هیچ گونه نشست در مدت زمان کارکرد خود داشته باشند.با توجه به حساسیت مواد نفتی و گازی توانایی سطوح در به تاخیر اندازی شعله مهم جلوه می کند.طراحی مخازن مازوت - crude oil - به گونه ای است که قسمت پایین مخزن در مجاورت فاز آبی است. استیل و بدنه مخازن مازوت علاوه بر حساسیت بالای دمایی مشکلات خوردگی را نیز در بر دارد. مثال دیگر تانک های انتقال گازویل است .برای تخلیه گازوییل عموما آب دریا به تانک پمپاژ می شود که سراغاز مشکلات خوردگی است.
و همینطور گازوییل خاصیت حلالی بالایی دارد که مشکل را دوچندان می کند چرا که گازوییل عموما پوشش های اعمالی را در خود حل می کند.در این راستا اثر گرافن اکساید در بهبود روند جلوگیری از رشد و شروع ترک در نانوکامپوزیت مقاومت سایشی مقاومت حرارتی و مقاومت خوردگی مدنظر قرار داده شد .با توجه به مقالات مکانیسم رشد و شروع ترک برای نانوکامپوزیت EP/GO انحراف ترک است . صفحات GO ترک ایجاد شده را کج و راست می کنند طوریکه ترک تغییر مسیرهای متفاوتی می دهد که به معنی افزایش انرژی لازم برای شکست است.[2] مطالعه بر روی مقالات در مورد مقاومت سایشی نانوکامپوزیت EP/GO سرعت سایش کامپوزیت های گرافن اکساید نسبت به اپوکسی خالص حدود 90 کاهش نشان می دهد.[3]
بیشتر مطالعات بر کارآمدی نانوفیلر گرافن اکساید در سیستم های پلیمری اپوکسی پلی یورتان و ... متمرکز شده است.[4][5]با این تفاسیر نگرانی عمده و توامان برای پوشش رفتار حرارتی و خوردگی خواهد بود که در کنار ویژگی های هم افزا دیگر ما را به پوشش آیده آلی برای سطوح آهنی سوق می دهد.[22]گرافن به ندرت بعنوان یک محصول صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد که دلیل آن هزینه تولید بالا و مشکلات دیسپرسیون آن در کنار ماتریس های پلیمری است.[6][15]برای ایجاد پیوندهای داخلی و برهمکنش مناسب بین فیلر و ماتریس نیاز است تا پیوندهای اولیه مواد به صورت مجزا شکسته شود و پیوندهای جدید بین فیلر و ماتریس برقرار شود.
گروه های اپوکساید توسط واکنش های حلقه گشا با مواد آمینی شکسته می شود. پیوندهای هیدروکسیل با برهم کنش با مواد هسته دوست مانند آمین و کربوکسیل باز می شود.با حضور گروه های آمینی قابل توجه - هاردنر اپوکسی - این خواسته براورده می شود . عامل پخت آمینی گروه های اپوکساید اولیه را باز خواهد نمود و باعث برقراری پیوندهای ثانویه بین ماتریس -عامل پخت ماتریس - صفحهات گرافن اکساید و در قسمت هایی ماتریس-عامل پخت - صفحات گرافن اکساید خواهد شد . با این فرض شاهد semi crafting در بین صفحات گرافن اکساید و اپوکسی خواهیم بود . شماتیک این ادعا در شکل - - 1 دیده می شود.
برای هدایت گرما نیاز به الکترون های آزاد یا فوتون های متحرک - ارتعاشات مولکولی - است تا گرما در طول ماده حمل شود[7].در مواد گرافنی طول آزاد میانگین برای حرکت فونون ها - - phonon mean free path way به چند صد میکرومتر میرسد [18][7] و همینطور در مواد گرافیتی شبکه های بسیار منظم اتمی کربنی گرما را به خوبی منتقل می کنند . در GO قسمت هایی از شبکه در اثر حضور گروه های اکسیژنی دارای نواقص و ایراداتی است که به نوبه خود سبب پخش نامنظم فونون ها و کاهش انتقال حرارتی در مقایسه با گرافن می شود.[8]در مورد مبحث سوختن جدای از بررسی تجزیه حرارتی مواد بررسی دو ناحیه فاز گازی و فاز جامد از اهمیت بالایی برخوردار است در واقع ماده تاخیرانداز شعله در دو ناحیه مهم از فرایند اشتعال نقش بازی می کند در فاز گازی و در حین احتراق محصولات تاخیرانداز شعله با محصولات بخاری حاصل از سوختن واکنش می دهند . این مواد با رادیکالها و ذرات فعال تولیدی وارد واکنش شده و عوامل فعال را از دسترس اکسیژن دور نگه می دارد . در فاز جامد - ماده سوختنی - لایه ذغالی جلوی تشکیل گازها را می گیرد و همینطور مانند سدی از رسیدن حرارت مستقیم به مواد باقی مانده جلوگیری میکند.[9][10][23][24]
