افزايش طول عمر سازه‌هاي فلزي با نانوپوشش‌هاي ضد خوردگي
پژوهشگران دانشگاه‌های امیرکبیر و صنعت نفت با استفاده از نانوذرات اکسید روی، به پوشش‌های اپوکسی/پلی آمیدی با خواص بهبود یافته ضد خوردگی و فیزیکی-مکانیکی دست پیدا کردند. هدف این کار تحقیقاتی ساخت این پوشش‌ها جهت کاربرد در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی برای سازه‌های فلزی مختلف بوده است.
پوشش اپوکسی یک پوشش آلی پرکاربرد با خواص منحصربه‌فرد فیزیکی-مکانیکی و ضد خوردگی است. از این پوشش جهت کاهش نرخ خوردگی فلزات در معرض محیط‌های خورنده استفاده می‌گردد. کاربرد عمده این پوشش‌ها بر روی سازه‌های فلزی نظیر لوله‌های انتقال نفت، گاز و آب است. علیرغم خواص ضد خوردگی مناسب این پوشش، کاهش عملکرد ضد خوردگی این پوشش به دلیل تخریب در محیط خورنده در زمان‌های بسیار طولانی و نیز قرار گرفتن در محیط‌های به شدت خورنده دور از انتظار نیست. از همین رو، روش‌های مختلفی جهت اصلاح عملکرد ضد خوردگی و دوام پوشش اپوکسی صورت پذیرفته است که استفاده از نانوذرات یک روش موثر جهت دستیابی به این هدف است.
دکتر بهرام رمضانزاده کراتی فارغ‌التحصیل مقطع دکتری رشته مهندسی پلیمر از دانشگاه امیرکبیر به عنوان یکی از محققان این کار توضیح داد: «سالانه در کشور رقم قابل توجهی از خسارت‌های وارده به تأسیسات فلزی، به مشکلات خوردگی آن‌ها اختصاص دارد و حجم بالایی از پوشش‌های آلی جهت حفاظت خوردگی فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این در حالی است که استفاده از پوشش‌های بر پایه نانوذرات طول عمر سازه‌های فلزی مورد استفاده در تأسیسات را بسیار بالا می‌برد. به همین منظور این کار تحقیقاتی را با هدف ساخت پوشش‌هایی جهت کاربرد در تأسیسات صنایع نفت، گاز و پتروشیمی انجام دادیم.»
نانوذرات به دلیل برخورداری از سطح تماس بالا قادرند نفوذ عوامل خورنده به داخل پوشش را سخت کنند. در این پژوهش از نانوذرات اکسید روی استفاده شد تا خواص ضد خوردگی و فیزیکی/مکانیکی پوشش اپوکسی بهبود داده شود. دکتر رمضانزاده ادامه داد: «نانوذرات اکسید روی به دلیل اندازه ذرات پایین و سطح ویژه بالا قادرند تا یک سد فیزیکی در برابر نفوذ عوامل خورنده به درون پوشش و به سطح فلز ایجاد نموده و زمان رسیدن این عوامل خورنده را به سطح فلز طولانی‌تر نموده و طول عمر سازه فلزی را کاهش دهند. نانوذرات همچنین با کاهش چگالی اتصالات شیمیایی و افزایش چگالی اتصالات فیزیکی پوشش، باعث بهبود مقاومت یونی و مقاومت در برابر تخریب هیدرولیتیکی (تخریب در حضور آب) شده و دوام پوشش را افزایش می‌دهند. همچنین با این مکانیزم بهبود خواص فیزیکی-مکانیکی از جمله کاهش شکنندگی پوشش و افزایش چقرمگی آن نیز حاصل می‌شود.»
در این کار تحقیقاتی که با همکاری دکتر محمدرضا محمدزاده عطار از دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر منصور فرزام از دانشگاه صنعت نفت آبادان صورت گرفته است، ابتدا ساخت فرمولاسیون پوشش‌های اپوکسی/پلی آمیدی در درصدهای مختلفی از نانوذرات اکسید روی صورت گرفت. سپس با اعمال پوشش‌های نانوکامپوزیتی بر روی زمینه‌های فلزی از پیش آماده‌سازی شده، نمونه‌های خام به دست آمدند. با پخت نمونه‌ها در کوره در دما و زمان مشخص، پوشش‌های مورد نظر به‌دست آمدند که با آزمایش‌های گوناگون خواص این پوشش تعیین شدند.
دکتر رمضانزاده با اشاره به نتایج این کار تحقیقاتی، ابراز داشت: «آزمون‌های EIS برای ارزیابی خواص ضد خوردگی، آزمون FT-IR برای ارزیابی مقاومت در برابر تخریب هیدرولیتیک، آزمون AFM برای ارزیابی چگونگی پخش نانوذرات و آزمون DMTA و DSC برای ارزیابی خواص فیزیکی-مکانیکی پوشش‌های به‌دست آمده صورت گرفت که نتایج به‌دست آمده نشان دهنده تأثیر نانوذرات بر فرآیند پخت پوشش اپوکسی، کاهش چگالی اتصالات عرضی و افزایش چگالی اتصالات فیزیکی بود. استفاده از درصد بهینه نانوذرات پخش مناسب نانوذرات و بهبود خواص فیزیکی-مکانیکی را باعث گردیده و مقاومت به خوردگی پوشش اپوکسی را به طرز قابل توجهی بهبود دادند. همچنین در این تحقیقات نشان داده شد که نانوذرات مقاومت یونی و مقاومت در برابر تخریب هیدرولیتیکی پوشش اپوکسی در محیط خورنده آبی را افزایش داده‌اند.»
این در حالی است که نانوذرات با بهبود خواص سدکنندگی و مقاومت یونی، باعث بهبود خواص ضد خوردگی پوشش اپوکسی شده است. در ادامه، آزمایش‌ها بر روی نمونه‌ها نشان دادند که استفاده از درصدهای بالای نانوذرات، باعث افت خواص ضدخوردگی و فیزیکی-مکانیکی می‌شود که به دلیل پخش نامناسب نانوذرات رخ می‌دهد.
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله Progress in Organic Coatings (جلد 72، شماره 3، ماه نوامبر سال 2011) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن مقاله را در صفحات 410 الی 422 همین شماره مشاهده نمایند.
