محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق شدند با بهره‌گیری از فناوری نانو، خواص پوشش‌های غنی از روی را بهبود دهند. این پژوهشگران، دو خاصیت هدایت الکتریکی بالا و نفوذ پذیری پایین نانوکامپوزیت‌های پیشنهادی در طرح تحقیقاتی خود را، عامل ایجاد این بهبود می‌دانند.
دانشگاه صنعتی امیرکبیر: بهبود خواص ضد خوردگی پوشش‌های غنی از روی
پوشش‌های غنی از روی به دلیل ماهیتشان، حاوی درصد بالایی از پودر روی هستند. این درصد بالا باعث افت خواص کاربردی پوشش از قبیل چسبندگی، خواص فیزیکی- مکانیکی و ایجاد حفره در آن‌ها می‌شود. وجود حفره، مصرف سریع پودر روی فعال و کاهش طول عمر پوشش را در پی دارد. در این پژوهش تلاش شده است به کمک نانوکامپوزیت پلی‌آنیلین- رس، ویژگی نفوذناپذیری (Barrier effect) این نوع پوشش‌ها با حفظ سایر خواص آن بهبود داده شود.
به گفته‌ی دکتر مرتضی ابراهیمی، عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در صورت استفاده از این نانوکامپوزیت در پوشش‌های غنی از روی می‌توان عمر مفید آن‌ها را به‌طور قابل توجهی افزایش داد. این امر منجر به کاهش تعداد دفعات رنگ آمیزی، افزایش فاصله‌ی زمانی بین مراحل تعمیر و تعویض این پوشش و در نهایت کاهش هزینه‌ها خواهد شد.
نتایج این تحقیقات نشان داده است که در صورت جایگزینی تنها یک درصد از پودر روی با نانوکامپوزیت پلی‌آنیلین- رس ساخته شده در این طرح، عبوردهی بخار آب به میزان بیش از ۵۰ % کاهش می‌یابد. همچنین، پتانسیل مدار باز نمونه‌های فولادی با پوشش اصلاح شده توسط نانوکامپوزیت پیشنهادی تا مدت زمان بالایی (حدود ۱۸۰ روز) در محدوده‌ای ایمن قرار خواهند داشت.
ابراهیمی نحوه‌ی ساخت و آزمون نمونه‌ها را بدین شرح بیان کرد: «در ابتدا با استفاده از روش پلیمریزاسیون به کمک اکسیداسیون شیمیایی، نانوکامپوزیت‌های مختلف پلی‌آنیلین و پلی‌آنیلین- رس، در محیط دی‌اکسید کربن فوق بحرانی ساخته شد. برای این کار، نانوذرات رس به همراه منومر آنیلین و عامل اکسید کننده در یک راکتور فشار بالا در محیط دی‌اکسید کربن فوق بحرانی قرار گرفت تا نانوکامپوزیت سنتز گردد. در این شرایط نانوذرات رس در داخل سیال فوق بحرانی متورم شده و واکنش پلیمریزاسیون انجام می‌شود. سپس فشار راکتور به صورت ناگهانی کاهش داده شد تا به فشار اتمسفر برسد. نمونه‌های ساخته شده به کمک آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، میکروسکوپ الکترونی نوری(TEM) و پراش پرتو ایکس(XRD) مشخصه‌یابی شدند. سپس نانوکامپوزیت‌های ساخته شده به صورت جداگانه به یک نمونه‌ی آستری غنی از روی تجاری افزوده شد. پوشش‌های به دست آمده با ضخامت‌های یکسان بر روی ورقه‌های فولادی اعمال شد و خواص حفاظتی آن‌ها از طریق اندازه گیری تغییرات پتانسیل مدار باز و طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)، در طول یک سال غوطه‌وری در محلول کلرید سدیم ۳/۵ درصد، بررسی و با یکدیگر مقایسه شد.»
تصاویر SEM و TEM نمونه‌ها، نشان دهنده‌ی ساختار پراکنده شده‌ی نانوذرات در کامپوزیت، تحت محیط دی‌اکسید کربن فوق بحرانی است. در حالی که نمونه‌های ساخته شده در شرایط اتمسفر معمولی دارای ساختار جداشده‌ی فازی هستند.
ابراهیمی در ادامه دلیل بهبود خواص مدنظر را توضیح داد و افزود: «پخش مناسب نانوذرات رس در بستر پلی آنیلین و تولید نانوکامپوزیت پلی‌آنیلین – رس عامل اصلی ایجاد خاصیت نفوذناپذیری در پوشش نهایی است. در این طرح، برای پخش مناسب و بهینه‌ی نانوذرات رس در محیط پلیمری از سیال فوق بحرانی دی‌اکسید کربن استفاده نمودیم. در اثر این فرآیند، دی اکسید کربن فوق بحرانی بین لایه‌های نانورس نفوذ می‌کند. در حین کاهش ناگهانی فشار راکتور، انبساط سیال قرار گرفته در بین لایه‌ها، باعث جدایش لایه‌ها از یکدیگر می‌گردد. در نتیجه پلیمر موجود در بین لایه‌های نانورس باقیمانده و با پوشش‌دهی سطح لایه‌ها، از به هم چسبیدن مجدد لایه‌ها جلوگیری می‌کند.»
نتایج این تحقیق که حاصل همکاری دکتر مرتضی ابراهیمی، دکتر فرهاد شریف- اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر اسماعیل اکبری نژاد- عضو هیأت علمی پژوهشگاه صنعت نفت است در مجله‌ی Progress in Organic Coatings (جلد ۷۷، شماره ۸، سال ۲۰۱۴، صفحات ۱۲۹۹ تا ۱۳۰۸) منتشر شده است.
به گفته‌ی دکتر مرتضی ابراهیمی، عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در صورت استفاده از این نانوکامپوزیت در پوشش‌های غنی از روی می‌توان عمر مفید آن‌ها را به‌طور قابل توجهی افزایش داد. این امر منجر به کاهش تعداد دفعات رنگ آمیزی، افزایش فاصله‌ی زمانی بین مراحل تعمیر و تعویض این پوشش و در نهایت کاهش هزینه‌ها خواهد شد.
نتایج این تحقیقات نشان داده است که در صورت جایگزینی تنها یک درصد از پودر روی با نانوکامپوزیت پلی‌آنیلین- رس ساخته شده در این طرح، عبوردهی بخار آب به میزان بیش از ۵۰ % کاهش می‌یابد. همچنین، پتانسیل مدار باز نمونه‌های فولادی با پوشش اصلاح شده توسط نانوکامپوزیت پیشنهادی تا مدت زمان بالایی (حدود ۱۸۰ روز) در محدوده‌ای ایمن قرار خواهند داشت.
ابراهیمی نحوه‌ی ساخت و آزمون نمونه‌ها را بدین شرح بیان کرد: «در ابتدا با استفاده از روش پلیمریزاسیون به کمک اکسیداسیون شیمیایی، نانوکامپوزیت‌های مختلف پلی‌آنیلین و پلی‌آنیلین- رس، در محیط دی‌اکسید کربن فوق بحرانی ساخته شد. برای این کار، نانوذرات رس به همراه منومر آنیلین و عامل اکسید کننده در یک راکتور فشار بالا در محیط دی‌اکسید کربن فوق بحرانی قرار گرفت تا نانوکامپوزیت سنتز گردد. در این شرایط نانوذرات رس در داخل سیال فوق بحرانی متورم شده و واکنش پلیمریزاسیون انجام می‌شود. سپس فشار راکتور به صورت ناگهانی کاهش داده شد تا به فشار اتمسفر برسد. نمونه‌های ساخته شده به کمک آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، میکروسکوپ الکترونی نوری(TEM) و پراش پرتو ایکس(XRD) مشخصه‌یابی شدند. سپس نانوکامپوزیت‌های ساخته شده به صورت جداگانه به یک نمونه‌ی آستری غنی از روی تجاری افزوده شد. پوشش‌های به دست آمده با ضخامت‌های یکسان بر روی ورقه‌های فولادی اعمال شد و خواص حفاظتی آن‌ها از طریق اندازه گیری تغییرات پتانسیل مدار باز و طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)، در طول یک سال غوطه‌وری در محلول کلرید سدیم ۳/۵ درصد، بررسی و با یکدیگر مقایسه شد.»
تصاویر SEM و TEM نمونه‌ها، نشان دهنده‌ی ساختار پراکنده شده‌ی نانوذرات در کامپوزیت، تحت محیط دی‌اکسید کربن فوق بحرانی است. در حالی که نمونه‌های ساخته شده در شرایط اتمسفر معمولی دارای ساختار جداشده‌ی فازی هستند.
ابراهیمی در ادامه دلیل بهبود خواص مدنظر را توضیح داد و افزود: «پخش مناسب نانوذرات رس در بستر پلی آنیلین و تولید نانوکامپوزیت پلی‌آنیلین – رس عامل اصلی ایجاد خاصیت نفوذناپذیری در پوشش نهایی است. در این طرح، برای پخش مناسب و بهینه‌ی نانوذرات رس در محیط پلیمری از سیال فوق بحرانی دی‌اکسید کربن استفاده نمودیم. در اثر این فرآیند، دی اکسید کربن فوق بحرانی بین لایه‌های نانورس نفوذ می‌کند. در حین کاهش ناگهانی فشار راکتور، انبساط سیال قرار گرفته در بین لایه‌ها، باعث جدایش لایه‌ها از یکدیگر می‌گردد. در نتیجه پلیمر موجود در بین لایه‌های نانورس باقیمانده و با پوشش‌دهی سطح لایه‌ها، از به هم چسبیدن مجدد لایه‌ها جلوگیری می‌کند.»
نتایج این تحقیق که حاصل همکاری دکتر مرتضی ابراهیمی، دکتر فرهاد شریف- اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر اسماعیل اکبری نژاد- عضو هیأت علمی پژوهشگاه صنعت نفت است در مجله‌ی Progress in Organic Coatings (جلد ۷۷، شماره ۸، سال ۲۰۱۴، صفحات ۱۲۹۹ تا ۱۳۰۸) منتشر شده است.
