Графен - Екологична защита от корозия

Графен и защита от корозия

Тъй като стоманена конструкция съществува, перспективата за корозия предизвика загриженост за поддръжка. Според Световната организация за корозия, корозия води до $2.5тр в щетите на стоманени конструкции годишно – приблизително 3-4% от годишния БВП на индустриализираните страни. Има многобройни възможности за намаляване на щетите и свързаните с тях разходи, като галванизация с цинк, хром, и други метали. Няколко от тези метали са подложени на силен натиск поради тяхната класификация по REACH.

Най-използваните грундове за защита от корозия за изключително корозивни обкръжение (характеризиращи се с ISO 12944-2018 като CX среда) са центрирани върху епоксидни форми с богат на цинк (съдържание на цинк над 80%), в някои случаи променено с изключително сложни свързващи системи и/или допълнителни защитни корозионни пигменти. За по-малко корозивни среди, пасивните корозия предпазващи пигменти като фосфатите обикновено са адекватни.

Цинкът се категоризира като изключително токсичен за рибите и ще се отделя като цинков оксид, който също е изключително токсичен за рибите, в последната фаза от жизнения цикъл на покритието на защитата от корозия по време на корозивното покритие. Това ще доведе до замърсяване на околната среда в близост до стоманената конструкция. През 2012 г. китайското правителство пусна мандат за понижаване на цинка в грундове за защита от корозия, за да се увеличи опазването на околната среда, когато се използват такива системи.

По същото време, Къркланд (Къркланд, Н.Т., Шилер, T., Medhekar.N.; 2012 г. Проучванеграфенкато защита от корозия". Корозия Наука 56 (март 2012 г.), 1 – 4) показа, че графенът може да бъде претендент като средство за защита от корозия.

През 2016 г. Рамезанзадех (РамезансаД Б, Niroumandrad S, Ahmadi A, et al. Подобряване на защитните характеристики на бариера и корозия на епоксидно покритие чрез мокро прехвърляне на амино функционализиран графен оксид, Корозия Наука, 2016, 103: 283-304) установи намаляване на спада на епоксидни смоли след добавянето на 0.1 тегловни % граф оксид. Смята се, че графен оксид може да бъде в състояние да реагира с хидрокси йони, и хлор йони са спрени от потапяне в покритието.

От 2012 г. проучванията накараха Шестият елемент да започне работа по инициатива на китайското правителство за създаване на редуциран грунд за защита от корозия на цинк, смесване на цинк на прах с графен за по-добро представяне.

Използващ специално разработен графенов тип, известен като SE1132, и големи частици от цинк на прах (D50 над 10 μm), Шестият елемент може да докаже, че комбинация от 25 тегловни % цинков прах и един процент от този тип графен, всички установени на сух филм, води до отлична производителност на защитата от корозия в 2к-епоксидна грунд. 3000 часа могат да се извършват при стандартни условия за изпитване на солен спрей (50 +/- 5 g натриев хлорид на литър вода при 35 °C +/- 2°C, 50 μm дебелина на сухия слой) вижте фигура 1b). Тази констатация вече е гарантирана от патент, издаден в Китай и САЩ (Китай патент No. CN201210108771.3, NO на САЩ (US9982142B2).

Обяснение на успеха:

  • Графенът има значителен страничен размер (в ксова посока, някои μm всеки) с изключително ниска дебелина в нанометърна скала (< 3="" nm).="" this="" kind="" of="" particle="" creates="" a="" high="" pigment="" volume="" concentration="" applying="" the="" density="" of="" 2200="" kg/m³.="" for="" the="" calculation,="" the="" volume="" of="" every="" particle="" must="" be="" calculated="" founded="" on="" the="" dimensions.="" conventional="" formulas="" are="" unsuitable.="" the="" result="" of="" this="" high="" pigment="" volume="" concentration="" is="" that="" even="" with="" one="" weight="" %,="" many="" particles="" are="" present,="" substantially="" boosting="" the="" barrier="" properties="" of="" the="" coating="" system="" (see="" figure="" 1="">

 

  • Поради електрическата си проводимост, графенът също така поддържа цинк в поведението си катодх, като изгражда по-гъста електрическа мрежа. Това улеснява ускореното кървене от корозионния ток.

(a) Schematic of rGO dispersed in a coating layer, compared to spherical nanofillers or without coating; (b) Salt spray testing indicates the better anti-corrosive performance for SE1132-containing epoxy primer compared to conventional primer; (c) A rack in Nantong, China, applied with SE1132-enhanced anti-corrosive primer.

1. Фигура 1. а)Схема на rGO диспергирана в слой на покритие, в сравнение със сферични нанопълни или без покритие;б )Изпитването на солено пръскане показва по-добра антикорозионна ефективност за ЕПОКСИДЕН ГРунд, съдържащ SE1132, в сравнение с конвенционалния грунд;в)Багажник в Нантонг, Китай, нанася с SE1132-подобрен антикорозионен грунд. Image Credit: Шестият елемент (Changzhou) Материали Технологии Ко ООД

Практически примери

Освен SE1132, Шестият елемент показва, чеграфенвидове SE1133 и SE1233 могат да бъдат използвани като защитни добавки за корозия в грундови системи. Потребителите в Китай и в Европа ефективно добавиха прайм формулировки, включително графен на пазара (вж. фигура 2).

Graphene powder products and graphene coatings products.

2. Фигура 2.Продукти на прах от графен и графенови покрития. Image Credit: Шестият елемент (Changzhou) Материали Технологии Ко ООД

В световен план, през декември 2014 г. е използван грунд за защита от корозия, базиран на графен, за покриване на вътрешната и външната стена на стоманената инсталация на офшорна вятърна централа. Многобройни оценки на боята на стоманената конструкция, извършена през 2015 и 2019 г., валидираха изключителните характеристики на системата за покритие, съдържаща грунда за защита от корозия.

The graphene anti-corrosion coating system used in the wind turbine in 2014 to 2019.

 3. На фигура 3.Системата за антикорозионно покритие на графена, използвана във ветрогенераторните турбини от 2014 до 2019 г. Image Credit: Шестият елемент (Changzhou) Материали Технологии Ко ООД

Особено в Китай, още предмети са били покрити с графен базирани грундове, които могат да се видят на фигури 4 и 5.

Graphene-based primer used in coastal radar base

4. На фигура 4.Графен-грунд, използван в база брегова радарна база. Image Credit: Шестият елемент (Changzhou) Материали Технологии Ко ООД

Graphene-based primers used in railway ancohrage.

5. На фигура 5.Грундове на основата на графен, използвани в железопътния анкогаж. Image Credit: Шестият елемент (Changzhou) Материали Технологии Ко ООД

В допълнителна инициатива Шестият елемент се замени с цинкови частици с намален размер (D50 между 3 μm и 7 μm). В този случай е достатъчно да се комбинират 0,6 – 0,8 тегловни % от SE1132 с 25 тегловни % - 28 тегловни % цинк на прах (всички на базата на сух филм), за да се постигнат отлични резултати при защитата от корозия.

Научните изследвания се провеждат с цел да се добие подробно максималният капацитет на графена като защитен агент за корозия в изключително предизвикателна среда.

Технологията на материалите от Шестия елемент (Changzhou) е в челните редици на производството на продукти от графен и графен с налично количество производство от 400 тона/час и достъпно съоръжение от 1000 тона от април 2020 г. Видовете графен и графеновият оксид от Шестия елемент са регистрирани по REACH. Шестият елемент притежава iso 9001-2015, iso 14001-2015 и сертификат IATF 16949

Тази информация е била получена, прегледана и адаптирана от материали, предоставени от The Sixth Element (Changzhou) Материали Technology Co., Ltd.

За повече информация за този източник, моля, посететеШестият елемент (Changzhou) Материали Технология Ко ООД