A method for investigating the defectiveness of composites of polymer anticorrosive coatings in highly aggressive environments

A quantitative assessment of both the initial heterogeneity of the structure of epoxy composites and the analysis of its development under the influence of aggressive media by local X-ray spectral analysis of the distribution of particles of inorganic fillers has been carried out. Statistical processing of X-ray spectral analysis profiles makes it possible to accelerate the assessment of changes in the size of the ID and the proportion of Z of various elements of the structure of the inorganic filler framework under the influence of physically and chemically active aggressive media. When filling a system based on an adaptive epoxy-phenol-formaldehyde-furan FF matrix with chromium oxide Cr2O3, a complex effect of reducing the proportion of P and the size of ID is observed.

1. V.A. Golovin and A.B. Il’in, Diffusion of mineral acids into an epoxy coating. Phosphoric acid diffusion model, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2021, 10, no. 4, 1587-1605. doi: 10.17675/2305-6894-2020-10-4-13

2. V.A. Golovin and A.B. Il’in, Concentration dependences of the coefficients of acid diffusion into epoxy binders of anticorrosion coatings, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2023, 12, no. 4, 1979-1991. doi: 10.17675/2305-6894-2023-12-4-29

3. V.A. Golovin and A.B. Il’in, Composite protective coatings. Resistance to acid penetration of coatings based on epoxy resins, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2020, 9, no. 2, 1530-1549. doi: 10.17675/2305-6894-2020-9-4-22

4. В.А. Головин, А.Б. Ильин, А.Д. Алиев, В.А. Рабинков, Массоперенос фосфорсодержащих ингибиторов коррозии в эпоксидных защитных покрытиях, Коррозия: материалы, защита, 8, 2018, 18-24. doi: 10.31044/1813-7016-2018-0-8-18-24

5. V.A. Golovin, S.A. Dobriyan and A.K. Buryak, Polymer coatings’ long-term adaptation and self-healing effects in corrosive media, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2022, 11, no. 3, 1172-1190, doi: 10.17675/2305-6894-2022-11-3-16

6. L. Pallon, J. Josefsson, Smart Materials for Early Corrosion Sensing in Fibre Reinforced Plastics - Final report. RISE KIMAB Karin Jacobson PDS Consulting AB 2019-09-30 www.ri.se/en/what-we-do/projects/smart-materials-for-earlycorrosion-sensing-in-fibre-reinforced-plastics

7. А.Г. Воронков и В.П. Ярцев, Эпоксидные полимеррастворы для ремонта и защиты строительных изделий и конструкций: учебное пособие. Тамбов: Издво Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. 92 с. ISBN 5-8265-0519-2.

8. А.Н. Бобрышев, В.Н. Козомазов, Л.О. Бабин и В.И. Соломатов. Синергетика композитных материалов. Липецк: НПО «Ориус», 1994. - 153 с.

9. И.З. Чернин, Эпоксидные полимеры и композиции / И.З. Чернин, Ф.М. Смехов, Ю.В. Жердев. – М. : Химия, 1982. - 232 с.

10. Л.А. Сахарова, Разработка и исследование эпоксидных полимерных покрытий, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах : Дис. ... канд. хим. наук: 02.00.06 Ярославль, ГОУВПО «Ярославский государственный технический университет» и ЗАО «НПК ЯрЛИ». 2005 123 с. РГБ ОД, 61:05-2/520

11. Z. Zhang, Z. Feng, R. Tian, K. Li, Y. Lin, C. Lu, S. Wang and X. Xue, Novel Fluorescence Method for Determination of Spatial Interparticle Distance in Polymer Nanocomposites, Anal. Chem., 2020, 92(11), 7794-7799. Doi: 10.1021/acs.analchem.0c00957.

12. M. Liu, M. Kang, Y. Mou, K. Chena and R. Sun, Visualization of filler network in silicone rubber with confocal laser-scanning microscopy, RSC Adv., 2017, 84, no. 7, 53578-53586, doi: 10.1039/c7ra09773e

13. К.М. Подурец, Д.К. Погорелый, А.А. Калоян, Е.С. Коваленко и В.Г. Кон, Многомодовая рентгеновская томография на станции “Медиана” Курчатовского источника синхротронного излучения. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2012, 10, 66-70

14. А.М. Кондранова, А.А. Гладышева, А.В. Гладышева и А.П. Агафонов, Использование синхротронного излучения в вирусологии, Здоровье населения и среда обитания, 2022, 30(12), 81–88. doi: 10.35627/2022-30-12-81-88

15. И.А. Вайнберг, Э.И. Вайнберг, История, состояние и перспективы промышленной рентгеновской компьютерной томографии. С. 134, ntcexpert.ru

16. A. Tohsan, R. Kishi and Y. Ikeda, A model filler network in nanocomposites prepared by in situ silica filling and peroxide cross-linking in natural rubber latex. Colloid Polym. Sci., 2015, 293, no. 7, 2083-2093. doi: 10.1007/s00396-015-3586-8

17. Y. Lin, S. Liu, J. Peng and L. Liu, The filler-rubber interface and reinforcement in styrene butadiene rubber composites with graphene/silica hybrids: A quantitative correlation with the constrained region, Composites, Part A, 2016, 86, 19-30. doi: 10.1016/j.compositesa.2016.03.029

18. J. Yang and C.-R. Han, Dynamics of Silica-Nanoparticle-Filled Hybrid Hydrogels: Nonlinear Viscoelastic Behavior and Chain Entanglement Network, J. Phys. Chem. C., 2013, 117, no. 39, 20236-20243. doi: 10.1021/jp404616s

19. Y. Akiyama, H. Shikagawa, N. Kanayama, T. Takarada and M. Maeda, Modulation of interparticle distance in discrete gold nanoparticle dimers and trimers by DNA single-base pairing. Small, 2015, 11, 3153-3161. doi: 10.1002/smll.201500045

20. Y.T. Park, Y. Qian, C.I. Lindsay, C. Nijs, R.E. Camargo, A. Stein and C.W. Macosko, Polyol-assisted vermiculite dispersion in polyurethane nanocomposites, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 3054-3062. Doi: 10.1021/am303244j

21. B.L. Frankamp, A.K. Boal and V.M. Rotello, Controlled interparticle spacing through self-assembly of Au nanoparticles and poly(amidoamine) dendrimers, J. Am. Chem. Soc, 2002, 124, no. 51, 15146-7. doi: 10.1021/ja0280426.

22. S. Gam, J.S. Meth, S.G. Zane, C. Chi, B.A. Wood, K.I. Winey, N. Clarke and R.J. Composto, Polymer diffusion in a polymer nanocomposite: Effect of nanoparticle size and polydispersity, Soft Matter., 2012, 8, 6512-6520. doi: 10.1039/C2Sm25269D

23. Z. Wang, J. Liu, S. Wu, W. Wang and L. Zhang, Novel percolation phenomena and mechanism of strengthening elastomers by nanofillers, Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 3014-3030. doi: 10.1039/b919789c

24. J. Liu, L. Zhang, D. Cao and W. Wang, Static, rheological and mechanical properties of polymer nanocomposites studied by computer modeling and simulation. Phys. Chem. Chem. Phys., 2009, 11, 11365-11384. doi: 10.1039/b913511a

25. J. Rafiee, M.A. Rafiee, Z.Z. Yu and N. Koratkar, Superhydrophobic to superhydrophilic wetting control in graphene films, Adv. Mater., 2010, 22, 2151-2154. doi: 10.1002/adma.200903696

26. M. Šupová, G.S. Martynková and K. Barabaszová, Effect of nanofillers dispersion in polymer matrices: a review, Sci. Adv. Mater., 2011, 3, 1-25. doi: 10.1166/sam.2011.1136

27. A. Taguet, P. Cassagnau, J.M. Lopez-Cuesta, Structuration, selective dispersion and compatibilizing effect of (nano)fillers in polymer blends, Prog. Polym. Sci., 2014, 39, 1526-1563. doi:10.1016/j.progpolymsci.2014.04.002

28. M. Yourdkhani, P. Hubert, Quantitative dispersion analysis of inclusions in polymer composites, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 35-41. doi: 10.1021/am301459q

29. C. Balzer, M. Armstrong, B. Shan, Y. Huang, J. Liu and B. Mu, Modeling nanoparticle dispersion in electrospun nanofibers. Langmuir, 2018, 34, 1340-1346. doi: 10.1021/acs.langmuir.7b03726

30. H.S. Khare and D.L. Burris, A quantitative method for measuring nanocomposite dispersion. Polymer, 2010, 51, 719-729. doi: 10.1016/j.polymer.2009.12.031

31. J. Wang, H. Jia, L. Ding and X. Xiong, Impacts of filler covalent and non-covalent modification on the network structure and mechanical properties of carbon–silica dual phase filler/natural rubber. Polym. Adv. Technol., 2015, 26, no. 9, 1168-1175. doi: 10.1002/pat.3550

32. Авторское свидетельство № RU 2206882C2. МПК G01N 1/32 (2006.01) G01B 11/30 (2006.01) G01N 13/24. Способ определения концентрации и качества распределения высокодисперсных наполнителей в полимерных композициях: № 2001113927/12, заявлен 2001.05.25 : Опубликовано: 2003.06.20 / В.А. Быков, А.Е. Заикин, Р.С. Бикмулин / Владелец патента: ЗАО "НТ-МДТ" - 2 с. : ил.

33. О.С. Гаришин и С.Н. Лебедев, Оценка механических свойств матрицы вокруг частиц наполнителя в полимерных нанокомпозитах с помощью атомносиловой микроскопии. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2011. С.15-24

34. A.E. Chalykh, A.D. Aliev and A.E. Rubtsov, Electron probe microanalysis in studies of polymers, Moscow, Nauka, 1990, 192 pp. (in Russian).

35. X. Llovet, A. Moy, P.T. Pinard and J.H. Fournelle, Electron probe microanalysis: A review of recent developments and applications in materials science and engineering, Prog. Mater. Sci., 2021, 116, 100673. doi: 10.1016/j.pmatsci.2021.100818

36. В.И. Кузьмин, Модели и алгоритмы анализа нелинейных колебаний с трендом: монография / В.И. Кузьмин, А.Б. Самохин, В.В. Чердынцев, А.Ф. Гадзаов - М.: МИРЭА, 2015. -94 с.

37. О.Б. Бутусов, Применение вейвлет-анализа для очистки от шумов сигналов акустической эмиссии / О.Б. Бутусов, С.А. Параев / / Актуальные проблемы метода акустической эмиссии (АПМАЭ-2018: Всероссийская конференция с международным участием (Тольятти, 28 мая – 1 июня 2018 года): сборник материалов / отв. ред. Д.Л. Мерсон, А.Ю. Виноградов. - Тольятти: Изд-во ТГУ, 2018. - С.167-168.

38. М.Д. Лебедев, О.Б. Бутусов и А.Г. Колмаков, Прогнозирование свойств композиционных материалов по микрофотографиям их структуры с помощью вейвлет-анализа. Успехи в химии и химической технологии, 2023, 37 (4), 20-25.

39. Е.В. Егорова, М.Х. Аксяитов и А.Н. Рыбаков, Методы повышения эффективности вейвлет-преобразований при обработке, сжатии и восстановления радиотехнических сигналов: Монография. Минобрнауки России, Российский технологический университет. Тамбов: Консалтинговая компания Юком, 2019. 84 с. ISBN 978-5-4480-0211-3 doi: 10.17117/mon.2019.02.01

40. И. Добеши, Всплески и другие методы локализации в фазовом пространстве, Международный конгресс математиков в Цюрихе. М: Мир, 1999. C. 84-108.

41. В.И. Воробьев и В.Г. Грибунин, Теория и практика вейвлет-преобразования. ВУС, 1999. С. 1-204. 42. NACE-CIP2-001.