Cơ chế hoạt động của lớp phủ bảo vệ chống ăn mịn

1.3. LỚP PHỦ POLYME NANOCOMPOZIT BẢO VỆ CHỐNG ĂN MỊN

1.3.1.2. Cơ chế hoạt động của lớp phủ bảo vệ chống ăn mịn

Mặc dù được sử dụng với chiều dày khơng cao, từ hàng chục tới hàng trăm micromet, các lớp phủ bảo vệ hữu cơ cĩ tính chất kháng ăn mịn rất mạnh mẽ. Thơng thường, việc kiểm sốt ăn mịn kim loại của 1 lớp phủ hữu cơ thơng qua 3 cơ chế chính là che chắn, bám dính và ức chế ăn mịn.

Hiệu ứng che chắn: Hiệu ứng che chắn của màng là hạn chế sự khuếch tán

của các tác nhân xâm thực (H2O, O2, Cl-, SO42-…) đến bề mặt kim loại gây phản ứng ăn mịn kim loại. Tính chất che chắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như bản chất của polyme (thành phần hĩa học, mức độ khâu mạch, nhiệt độ chuyển hĩa thủy tinh…), bản chất của bột màu hoạt tính cao và chất độn như hình dạng và nồng độ cũng như sự tương tác của chất độn với chất tạo màng.

Trên thực tế, khơng cĩ loại màng phủ nào cĩ thể che chắn được hồn tồn và lượng nước ngấm đến bề mặt kim loại luơn luơn đủ lớn gây nên ăn mịn.

Theo Funke [7], các cách thức khuếch tán là đa dạng, cĩ thể tĩm tắt như sau:

- Khuếch tán tích cực, phụ thuộc vào dao động của đoạn mạch polyme, - Khuếch tán khơng tích cực, diễn ra trong các lỗ rỗ hoặc khuyết tật của màng, - Khuếch tán tại giao diện màng/kim loại hoặc bột màu hoạt tính cao/chất tạo

màng.

Hình 1.7. Các dạng khuếch tán trong màng sơn [7].

Như vậy, tất cả các hợp phần của sơn (chất tạo màng, bột màu hoạt tính cao, tương tác giữa chúng) đều ảnh hưởng đến khả năng che chắn của màng sơn. Bản chất hĩa học của chất tạo màng là một yếu tố quan trọng của khả năng xuyên thấm. Các chất tạo màng phân cực cĩ tính ngăn cách tốt với các chất khí. Ngược lại các chất khơng phân cực lại ngăn cách tốt với nước. Ví dụ, các polyme phân cực như xenlulo hoặc polyvinyl ancol rất nhạy cảm với nước trong khi các polyme với mạch hydrocacbon như polystyren hoặc polyolefin lại ít nhạy cảm với các tác nhân phân cực. Hay sử dụng nhất là các loại nhựa polyacrylic, polyuretan, polyamit và epoxy mang tính chất trung gian.

Tương tác giữa các phân tử của chất tạo màng và nền kim loại đĩng vai trị quan trọng đối với tính chất bám dính của một hệ sơn và tuổi thọ của nĩ. Khả năng bám dính của màng polyme với bề mặt kim loại được kiểm sốt qua 3 cơ chế:

 Bám dính cơ học

 Bám dính phân cực

 Bám dính hĩa học

Bám dính cơ học là sự treo bám vật lý của màng với bề mặt, phụ thuộc vào mức độ sần sùi của bề mặt kim loại.

Bám dính phân cực là sự hút bám của chất tạo màng với bề mặt kim loại và phụ thuộc vào khả năng thấm ướt của kim loại bởi chất tạo màng.

Bám dính hĩa học là sự biến đổi của bề mặt kim loại nhờ phản ứng với màng sơn. Hiện tượng này thường diễn ra qua việc sử lý bề mặt kim loại bằng các lớp chuyển đổi như crơmat hĩa hoặc photphat hĩa...

Sự ngấm nước cĩ thể ảnh hưởng đến tính chất bám dính, hiện tượng này được Funke định nghĩa là “bám dính ướt” [93, 94]. Theo Funke, khả năng bám dính ướt cao giữa màng và bề mặt kim loại là tính chất quan trọng nhất của lớp phủ. Trên thực tế, khĩ cĩ thể xác định được sự mất bám dính dẫn đến tăng ăn mịn hay hiện tượng ăn mịn gây nên mất bám dính. Tuy vậy, khi lựa chọn một hệ sơn cho kim loại, điều quan trọng bậc nhất vẫn là lựa chọn một loại màng bám dính và một bề mặt được xử lý tốt.

Tác dụng điện hĩa

Như đã nĩi đến ở phần trên, một màng polyme khơng bao giờ hồn tồn kín khít. Vì vậy, sự ngăn cách của màng khơng đủ để ngăn các cấu tử xâm thực đến bề mặt kim loại gây ăn mịn. Để hạn chế ăn mịn, các lớp phủ hữu cơ luơn cĩ chứa các bột màu hoạt tính cao chống ăn mịn. Đĩ là các chất cĩ tan ít nhiều, đủ

để khuếch tán đến bề mặt kim loại. Tác dụng của chúng đa dạng, tùy thuộc vào bản chất và vài trị ức chế phản ứng anơt hay catơt.

Một chất ức chế lý tưởng trong màng phải thỏa mãn các điều kiện như sau :

 Phải hữu hiệu ở trong khoảng pH = 4  9.

 Phải cĩ khả năng phản ứng với bề mặt kim loại tạo thành hợp chất khơng tan và gia tăng khả năng bám dính của màng với kim loại.

 Là chất ít tan nhưng độ tan phải đủ cĩ thể ngấm đến bề mặt kim loại

 Phải hữu hiệu đối với cả phản ứng anơt và catơt.

Cơ chế hoạt động của một chất ức chế trong màng là phức tạp: hấp phụ trên bề mặt kim loại, oxy hĩa, tạo phức, tạo lớp màng thụ động... Hơn nữa, cần phải tính đến sự tan của chất ức chế trong màng phụ thuộc mạnh vào tương tác giữa polyme và chất độn cũng như sự tương hợp của chúng với chất tạo màng.

Trong số các chất ức chế hay sử dụng, các chất crơtmat là hữu hiệu nhất vì chúng cĩ hiệu ứng ngay ở nồng độ rất nhỏ với hàng loạt nền kim loại như nhơm, kẽm, thép... Cơ chế bảo vệ của crơmat là do khả năng hấp phụ mạnh với bề mặt kim loại, do đĩ hạn chế sự hấp phụ của các cấu tử xâm thực. Các ion Cr6+ cĩ thể tạo thành trên bề mặt kim loại một lớp màng bảo vệ khơng tan.