بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله، به منظور بهبود بخشیدن به مقاومت در برابر خوردگی سطوح فولادی، به اصلاح رنگ روغنی آلکیدی با استفاده از نانوکامپوزیت مغناطیسی مگنتیت- پلیآنیلین اقدام شد. یکی از کاربردهای این محصول پوشش دادن سطح خارجی فلزات اعم از خطوط لوله و دکلهای نفتی و کشتیسازی در محیط های آبی است. به منظور تعیین درصد بهینه نانوکامپوزیت جهت بهبود عملکرد بمقاومت به خوردگی رنگ، نمونههای رنگ بدون افزودنی نانوکامپوزیت، رنگ با 9 درصد نانوکامپوزیت و رنگ با 12 درصد نانوکامپوزیت تهیه و مورد ارزیابی قرار گرفت.
به منظور بررسی ساختار شیمیایی نانوکامپوزیت، با استفاده از آزمون طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه مورد بررسی قرار گرفتند. رنگهای تهیه شده بر روی صفحات فولادی پاشیده شده و نمونهها به منظور مطالعهی رفتار ضد خوردگی، مورد آزمون پلاریزاسیون تافل قرار گرفتند. نتیجه آنالیزها و آزمون پلاریزاسیون تافل نشان داد که رنگهای اصلاح شده با نانوکامپوزیت ذره مغناطیسی مگنتیتو- پلیآنیلین از خواص مقاومت به خوردگی بهتری برخوردار بوده و نمونه با 9 درصد نانوکامپوزیت کمترین جریان خوردگی را از خود نشان داد.
.1 مقدمه
خوردگی همواره عامل اصلی موثر بر طول عمر و اعتماد پذیری خطوط لوله در سراسر دنیا بوده است .[1] حتی زمانی که کوچکترین خط لوله به دلیل مراقبت ضعیف و یا پوشش نامناسب دچار خوردگی میشود، اثرات اقتصادی و محیطی ناشی از آن، زندگی هزاران و یا حتی میلیونها نفر را تحت تاثیر قرار می دهد .[7] با توجه به موضوع اغلب با پدیده خوردگی به مانند یک پدیده طبیعی برخورد میشود و امری اجتناب ناپذیر از سوی افرادی که در صنعت های مختلف یا آن روبهرو هستند در نظر گرفته میشود. اغلب تنها راه مقابله با این پدیده را تعویض و تعمیر قطعات در معرض خوردگی میدانند.
در صورتیکه در مطالعات علمی نشان دادند، فرآیندهای خوردگی بر اساس واکنشهای شیمیایی و به ویژه الکتروشمیایی شکل میگیرد. بنابراین چگونگی جلوگیری از این فرآیندها میتواند از نظر اقتصادی حائز اهمیت باشند. بدیهی است که زیان ناشی از پدیده خوردگی در صنایع مختلف رقم های بالایی را بخود اختصاص می دهد .[6 ,2] سه عامل اصلی که اهمیت خوردگی را نشان میدهند; اقتصاد، امنیت، و بقاء هستند. تلفات اقتصای به دو گروه - 1 - تلفات مستقیم و - 2 - تلفات غیر مستقیم، تقسیم میشوند.
تلفات مستقیم شامل هزینهی جایگزینی قطعات و ماشینآلات خورده شده، و تلفات غیر مستقیم شامل ضررهای اقتصادی هنگفتی هستند که در اثر خوردگی قطعات، در کل سیستم رخ میدهد. برای مثال جایگزینی یک لولهی خورده شده در پالایشگاه ممکن است هزینهی چندان زیادی نداشته باشد ولی اجرای عملیات تعطیلی برای واحد مربوطه در حین تعمیر لوله، ضرر اقتصادی بزرگی را به همراه خواهد داشت .[6]
وقتی که از رنگ به منظور جلوگیری از خوردگی استفاده میشود، لقب "پوشش" را به خود میگیرد. که از متداولترین، ارزانترین و آسانترین روشهای پیشگیری و حفاظت از خوردگی خارجی لولههای انتقال میباشد. خواص مکانیکی خوب، قیمت مناسب، و مقاومت در برابر خوردگی، مشخصاتی است که همواره در استفاده از فلزات به آن توجه میشود. از آنجایی که به ندرت میتوان تمام این خواص را همزمان در آنها یافت، بنابراین پوششها به کمک میآیند و با اعمال یک پوشش مناسب که در برابر خوردگی فلز مقاومت میکند، می توان از یک فلز زمینه با خواص مکانیکی عالی استفاده نمود.
علاوه بر این، پوششها به سطح زمینه زیبایی نیز می بخشند. اکثر پوششها بر سطوح خارجی اعمال می شوند .[8] پوششها در واقع با قطع کردن حداقل یکی از شرایط لازم برای وقوع خوردگی، از خورده شدن فلز زمینه جلوگیری میکنند .[3] رفتار مطلوب مواد در اندازه نانو عموماً ناشی از چند فاکتور بسیار مهم میباشد: الف - محدودیت سایز ب- تاثیر سطح نانوذرات - ایجاد سطحی صاف ناشی از شکست اتمی در سطح - ج- تاثیر کوانتوم - ایجاد رفتارهای ناپیوسته به خاطر تاثیر محدودیت کوانتوم در مواد دارای الکترون انتقالی - د- نفوذ درون ذرهای. این فاکتورها واکنشپذیری شیمیایی و خواص فیزیکی مواد مانند: خواص مکانیکی، الکتریکی، نوری و مغناطیسی را تحت تاثیر قرار میدهند [10]
نانوذرات مغناطیسی گروهی از نانو مواد مهندسی شده با اندازه کمتر از 100nm میباشد که با اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی جداسازی میشوند. نانوذرات مغناطیسی عموماً ترکیبی از یک عنصر مغناطیسی مانند آهن، نیکل، کبالت و اکسیدهای آنها میباشند .[4] ساختارهای نانوکامپوزیتی متشکل از نانوذرات مغناطیسی و مواد مختلف ترکیبی از خصوصیات هر دو ماده میباشد. با تشکیل نانوکامپوزیت نه تنها مشکل انباشتگی برطرف میشود بلکه بر میزان کارایی و کیفیت نانوذرات افزوده میشود.
ازمیان مواد مختلفی که برای ترکیب با نانوذرات مغناطیسی به کارگرفته شده است. پلیمرها به خاطر قابلیت بالایی که دارند و تنوع خوبشان انتخاب مناسبی هستند. پلیمرها به دلیل داشتن قابلیت کنترل اندازه حفرهها و مقاومت مکانیکی بالا برای استفاده طولانی مدت توجه بسیاری را به خود جلب کردهاند. به دلیل استحکام بالا، پایداری فیزیکی و شیمیایی وغیرهپلیآنیلین یکی از پرکاربردترین پلیمرها برای تهیه نانوکامپوزیت با نانوذرات مغناطیسی است .[11 ,9 ,5] در این مقاله با افزودن نانوکامپوزیت مگنتیت/پلیآنیلین به عنوان افزودنی به ترکیب رنگ روغنی مرسوم سعی گردید تا رنگی با خواص ضدخوردگی مناسبتری بدست آید.
.2 مواد و روشها
.2,1 مواد
همه مواد شیمیایی بکار برده شده دارای خلوص بالا بوده و بدون خالص سازی مصرف شده اند، بجز مونومر پلیآنیلین که قبل از استفاده تقطیر شده است. آمونیاک - NH3 - ، یدات پتاسیم - KI - و هیدروکسی پروپیل سلولز - HPC - ، ملان تریت - FeSO4.7H2O - ، فریک کلرید شش آبه - FeCl3.6H2O - همگی از شرکت Merck تهیه شده اند. همچنین آب مقطر یون زدوده شده برای شستشو و ساخت بعضی از محلولها استفاده شده است.
.2,2 تجهیزات
تجهیزات مورد استفاده در این پژوهش شامل دستگاه تقطیر، همزن مغناطیسی - Helmer model MK20, Germany - ، آون - Binder model FD 23, USA - ، سانتریفیوژ - Helmer-Z206A, German - ، ترازوی دیجیتال - Helmer model FR 200, Germany - ، طیف تبدیل فوریه - Shimadzu model 4100, Japan - و
پتانسیوستات- گالوانوستات - SAMA500, Iran - میباشند.
.2,3 تهیه نانوذرات مغناطیسی مگنتیت
در ابتدا 10/8 گرم FeCl3.6H2O و 5/6 گرم FeSO4.7H2O را به 300 میلیلیتر آب مقطر اضافه کرده در دستگاه التراسونیک قرار داده تا دمای آن به 70- 68 درجه سانتیگراد برسد. در بشری جداگانه30 میلیلیتر آمونیاک را در 170 میلیلیتر آب مقطر حل کرده و به صورت قطره قطره در دمای اتاق در حمام اولتراسونیک به محلول اضافه شده و بلافاصله رسوب قهوهای رنگ ظاهر گردیده است.30 دقیقه زمان دادیم تا سنتز کامل گردد. برای از بین بردن ناخالصیهای موجود، رسوب حاصل چند مرتبه با آب مقطر و اتانول در مجاورت آهنربا شستشو داده شد و سپس به مدت 48 ساعت در آون خلأ در دمای 40 ℃ خشک گردیده است.
.2,4 تهیه نانو کامپوزیت پلی آنیلین و نانو ذره مغناطیسی
ابتدا 100 میلی لیتر از محلول اسید یک مولار را درون ارلن ریخته و 0/2 گرم هیدروکسی پروپیل سلولز به عنوان ماده فعال سطحی به آن اضافه شد. محلول حاصل به مدت 30 دقیقه بر روی همزن مغناطیسی قرار داده شد تا محلول یکنواختی حاصل گردد. سپس یک گرم یدات پتاسیم* که آغازگر واکنش میباشد را به آن اضافه نموده تا با استفاده از همزن مغناطیسی کاملا حل گردد. سپس یک گرم از نانو ذره مغناطیسی Fe3O4 را به آن اضافه و محلول حاصل به مدت 20 دقیقه بر روی همزن مغناطیسی قرار داده تا محلول یکنواختی حاصل گردد. در انتها 1 میلی لیتر از مونومر آنیلین دوبار تقطیر شده را به محلول اضافه و محلول حاصل را به مدت 5 ساعت روی همزن مغناطیسی قرار داده تا واکنش انجام گیرد.
با تزریق مونومر آنیلین، محلول تغییر رنگ داده و بعد از چند دقیقه همزدن رنگ آن ابتدا بنفش کم رنگ و سپس به رنگ تیره در می آیدکه این تغییر رنگ نشانگر تبدیل مونومر به پلیمر است. بعد از 5 ساعت که توسط همزن مغناطیسی همزده شد، محلول را با استفاده از دستگاه سانترفیوژ با 6000 دور در دقیقه به مدت 15 دقیقه صاف نموده و برای از بین بردن ناخالصی های موجود، نانوکامپوزیت حاصل چند مرتبه با آب مقطر شستشو شد. نانوکامپوزیت به دست آمده جهت تهیه پودر به مدت 24 ساعت در آون در دمای 60 ℃ خشک گردید.
