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
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:
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
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
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?