Summary

L'évolution de la silice Nanoparticules polyester revêtements sur les surfaces exposées au soleil

Published: October 11, 2016
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Summary

Deux types de surfaces, d'acier et de polyester revêtu de polyester revêtu d'une couche de nanoparticules de silice, ont été étudiés. Les deux surfaces ont été exposés à la lumière du soleil, qui a été trouvé pour provoquer des changements importants dans la chimie et à l'échelle nanométrique topographie de la surface.

Abstract

La corrosion des surfaces métalliques est très répandue dans l'environnement et est une grande préoccupation dans de nombreux domaines, y compris les militaires, les transports, l'aviation, la construction et les industries alimentaires, entre autres. Polyester et revêtements contenant à la fois le polyester et des nanoparticules de silice (SiO 2 SNM) ont été largement utilisés pour protéger les substrats d'acier contre la corrosion. Dans cette étude, nous avons utilisé des rayons X spectroscopie photoélectronique, la réflexion totale atténuée infrarouge micro-spectroscopie, mesures d'angle de contact avec l'eau, le profilage optique et la microscopie à force atomique pour fournir un aperçu de la façon dont l'exposition à la lumière du soleil peut provoquer des changements dans le micro et l'intégrité à l'échelle nanométrique des revêtements. Aucun changement significatif de la surface des micro-topographie a été détectée en utilisant la profilométrie optique, cependant, à l'échelle nanométrique des changements statistiquement significatifs à la surface ont été détectés en utilisant la microscopie à force atomique. Analyse de la spectroscopie photoélectronique à rayons X et de la réflexion totale atténuée micro infrarougeles données de spectroscopie a révélé que la dégradation des groupes ester était produite par l' exposition à la lumière ultraviolette pour former · COO, C 2 H ·, · -O, -CO · des radicaux. Au cours du processus de dégradation, du CO et du CO 2 ont également été produites.

Introduction

Environmental corrosion of metals in the environment is both prevalent and costly1-3. A recent study conducted by the Australasian Corrosion Association (ACA) reported that corrosion of metals resulted in a yearly cost of $982 million, which was directly associated with the degradation of assets and infrastructure through metallic corrosion within the water industry4. From an international perspective, the World Corrosion Organization estimated that metallic corrosion was responsible for a direct cost of $3.3 trillion, over 3% of the world’s GDP5. The process of galvanizing as a corrosion preventative method has been widely used to increase the lifespan of steel material6. In humid and subtropical climates, however, water tends to condense into small pockets or grooves within the surface of the galvanized steel, leading to the acceleration of corrosion rates through pit corrosion7,8. Thermosetting polymer coatings based on polyesters have been developed to coat the galvanized steel substrata increasing their ability to withstand humid weathering conditions for items such as satellite dishes, garden furniture, air-conditioning units or agricultural construction equipment9-11. Unfortunately polymer coatings on steel surfaces have been found to be considerably adversely affected by the presence of high levels of ultraviolet (uv) radiation12-14. Coatings comprised of silica nanoparticles (SiO2) spread over a polymer layer have been widely used with a view to increasing their corrosion-, wear-, tear- and degradation-resistance15,16. The tendency of the protective polymeric coatings to form pores and cracks can be reduced by incorporating nanoparticles (NPs), which contribute to the passive obstruction of corrosion initiation17,18. Also, the mechanical stability of the protective polymeric layer can be improved by NPs inclusion. However, these coatings act as passive physical barriers and, in comparison to the galvanization approach, cannot inhibit corrosion propagation actively.

An in-depth understanding of the effect that high-levels of ultraviolet light exposure under humid conditions upon these metal coatings is yet to be obtained. In this paper, a wide range of surface analytical techniques, including X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy (ATR IR), contact angle goniometry, optical profiling and atomic force microscopy (AFM) will be employed to examine the changes in the surface of steel coatings prepared from polyester- and silica nanoparticle-coated polyester (silica nanoparticles/polyester) after exposure to sunlight. Furthermore, the aim of this work is to give a concise, practical overview of the overall characterization techniques to examine weathered samples.

Protocol

1. Les échantillons d'acier Obtenir des échantillons d'acier de 1 mm d'épaisseur à partir d'un fournisseur commercial. NOTE: Les échantillons ont été revêtus de polyester ou polyester enduit de nanoparticules de silice. Exposer des échantillons à la lumière du soleil à Rockhampton, Queensland, Australie: recueillir des échantillons après un an d'intervalle et de cinq ans sur une période totale de 5 ans. Couper les panneaux échantillon…

Representative Results

Les échantillons d'acier revêtus qui ont été soumis à une exposition à la lumière du soleil pendant une ou cinq ans , ont été recueillies et des mesures d'angle de contact de l' eau ont été réalisées pour déterminer si l'exposition a donné lieu à un changement dans le caractère hydrophobe de la surface de la surface (Figure 2 ). <str…

Discussion

les revêtements de polyester ont été largement utilisés pour protéger des substrats en acier de la corrosion qui se produirait sur une surface non revêtue en raison de l'accumulation d'humidité et de polluants. L'application de revêtements de polyester peut protéger l'acier contre la corrosion; Cependant l'efficacité à long terme de ces revêtements est compromise si elles sont exposées à des niveaux élevés de lumière ultraviolette dans des conditions humides, comme cela se produit da…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Funding from the Australian Research Council Industrial Transformation Research Hubs Scheme (Project Number IH130100017) is gratefully acknowledged. Authors gratefully acknowledge the RMIT Microscopy and Microanalysis Facility (RMMF) for providing access to the characterisation instruments. This research was also undertaken on the Infrared Microscopectroscopy beamline at the Australian Synchrotron, Victoria, Australia.

Materials

polyester-coated steel
silica nanoparticle-polyester coated steel substrata
BlueScope Steel Samples provided by company
Millipore PetriSlideTM  Fisher Scientific PDMA04700 Storing samples
Thermo ScientificTM K-alpha
X-ray Photoelectron Spectrometer
Thermo Fisher Scientific, Inc. IQLAADGAAFFACVMAHV Acquire XPS spectra
Avantage Data System Thermo Fisher Scientific, Inc. IQLAADGACKFAKRMAVI Analyse XPS spectra
A Bruker Hyperion 2000 microscope  Bruker Corporation Synchrotron integrated instrument
Bruker Opus v. 7.2 Bruker Corporation ATR-IR analysis software
Contact angle goniometer, FTA1000c First Ten Ångstroms Inc., VA, USA Measuring the wettability of surfaces
FTA v. 2.0 First Ten Ångstroms Inc., VA, USA Anaylyzing water contact angle
Optical profiler, Wyko NT1100  Bruker Corporation Measure surface topography
Innova atomic force microscope  Bruker Corporation Measure surface topography
Phosphorus doped silicon probes, MPP-31120-10 Bruker Corporation AFM probes
Gwyddion software http://gwyddion.net/ Software used to measure optical profiling and AFM data

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Truong, V. K., Stefanovic, M., Maclaughlin, S., Tobin, M., Vongsvivut, J., Al Kobaisi, M., Crawford, R. J., Ivanova, E. P. The Evolution of Silica Nanoparticle-polyester Coatings on Surfaces Exposed to Sunlight. J. Vis. Exp. (116), e54309, doi:10.3791/54309 (2016).

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