Permeabilita vody v organickém povlaku

Transkript

1 Permeabilita vody v organickém povlaku Úvod Ochranný účinek organického povlaku je závislý na schopnosti omezit přístup stimulátorů koroze na rozhraní s kovem. Jedním ze základních stimulátorů koroze je voda. Ta v povlaku difunduje vždy ve formě jednotlivých molekul. Přestože je v povlaku v této molekulární formě, je permeabilita ovlivněna skupenstvím vody na povrchu. Molekuly vodní páry jsou dále od sebe a jejich aktivita je tak nižší. Permeabilita povlaku je dána difúzním koeficientem D (jak rychle se molekuly vody v povlaku pohybují) a rozpustností S (kolik se vody do povlaku vejde). Kapacita deskového kondenzátoru je závislá na ploše desek (A), jejich vzdálenosti (d) a relativní permitivitě (ε r ), viz následující vztah. Relativní permitivita je koeficient, kterým se násobí permitivita vakua (ε 0 ). ε r vzduchu je 1,00054, zatímco pro vodu je jeho hodnota kolem 80. Při průniku vody do organického povlaku se výrazně zvyšuje jeho elektrická permitivita, a to jak pouhou přítomností ve struktuře povlaku ve formě jednotlivých molekul, tak větších objemů přítomných v objemových vadách (dutinách) povlaku či hydrolýzou vazeb povlaku. Měřením kapacitance povlaku lze stanovit rozpustnost vody v povlaku a vyhodnocením její závislosti na čase i difúzní koeficient. Cíl práce Stanovte difúzní koeficient a rozpustnost vody v akrylátovém povlaku Paraloid B72 na měděném substrátu. Potřebná zařízení a materiál Potenciostat - elektrochemický měřicí systém Gamry MultEchem - Reference 600 Protielektroda Pt Cu vzorek (50 x 50 mm) s povlakem Paraloidu B72 Zkušební roztok umělé dešťové vody Měřící přítlačná cela Mořící roztok na Cu 5 hm.% H 2 SO 4 Roztok Paraloidu B75 v acetonu (10 hm.%) Smirkový papír Skalpel Pocínovaný drát

2 Přítlačná cela se vzorkem Postup práce Na vzorku odstraňte část laku na jedné straně pomocí skalpelu. Vzorek upevněte v přítlačné cele, část s odstraněným povlakem s kontaktním drátkem vespod. Nalijte do cely roztok umělé dešťové vody. Pomocí klemy a držáku upevněte do cely Pt protielektrodu. Z potenciostatu připojte: zelený a modrý konektor na vzorek; červený, oranžový a bílý konektor na protielektrodu. V programu Gamry Framework klikněte na záložku Experiments, pak AC Corrosion a následně Single frequency. Na kartě následně vyplňte Output file Lab_(XX) 1 _SF 1 první dvě písmena vašeho příjmení a následující údaje dle schématu na Obr. 1:

3 Obr. 1 Nastavení potenciostatu v programu Gamry Framework a spusťte měření tlačítkem OK. Měření potrvá 4 hodiny. Po ukončení měření stiskněte klávesu F2 pro uložení dat. V mezičase připravte vzorek pro následující laboratorní práci. Vzorek měděného plechu omořte v roztoku kyseliny sírové a opláchněte vodou. Povrch obruste smirkovým papírem, umyjte pod tekoucí vodou, opláchněte ethanolem a osušte pod fénem. Vzorek ponořte do roztoku Paraloidu B72 v acetonu a po vytažení umístěte naplocho na držák (Obr. 2). Po půlhodině ponor zopakujte. Celkově naneste lak 3x. Nezapomeňte roztok laku po každé aplikaci zavřít (aby neodtěkával aceton) a vzorek umisťujte do držáku vždy stejnou stranou nahoru. Obr. 2 Držák pro lakované vzorky Vyhodnocení dat V programu EchemAnalyst otevřete datový soubor. Zobrazte graf jako časovou závislost kapacity. Klikněte na tlačítko Data view a následně se vám na pravé straně zobrazí tabulka pro volbu dat pro jednotlivé osy. Na ose Y zaškrtněte C REAL (Obr. 3). Data nakopírujte do schránky kliknutím na ikonu Copy to clipboard a následně volbu As text (data only), viz Obr. 4. Pak otevřete sešit Excel a klávesovou zkratkou CTRL+V vložte data. Časová data převeďte na sekundy a přepočítejte na druhé odmocniny. Kapacity převeďte na relativní hodnoty (levá strana rovnice 1). Vyneste tyto

4 bezrozměrné hodnoty jako závislost na odmocnině času. Lineární regresí stanovte směrnici k. Směrnice se po určité době mění, stanovte pouze směrnici v první lineární části křivky. Z hodnoty směrnice spočítejte difúzní koeficient (Rov. 2). L značí tloušťku povlaku v metrech. Tloušťka povlaku je 7 µm. Rozpustnost v procentech spočítejte dle přibližného vztahu Rov. 3. Rov. 1 ( C t -kapacita v čase t; C 0 -kapacita na počátku měření; C NAS -kapacita nasyceného povlaku) ( ) Rov. 2 Rov. 3 Obr. 3 Převod dat v grafu na kapacity

5 Obr. 4 Export dat do Excelu Protokol obsahuje Hlavičku: jméno, název a datum provedení laboratorní práce Cíl práce Detailní postup práce Údaj o hodnotě difúzního koeficientu a rozpustnosti Otázky Co je to permeabilita povlaku a jak ovlivňuje životnost? V jaké formě difunduje voda povlakem? Závisí difúze na skupenství vody na rozhraní? Jak ovlivňuje voda v povlaku jeho elektrické vlastnosti?