Антикоррозионные праймерные покрытия на основе акрилатных триалкоксисиланов

Целью работы являлось установление закономерностей формирования и защитного действия кремнийорганических покрытий на основе акрилатных триалкоксисиланов в зависимости от условий гидролиза и состава рабочих растворов. В качестве объектов исследования использованы функциональные триалкоксисиланы с различной природой акрилатного заместителя и стальные подложки, на поверхность которых наносились покрытия. Для формирования покрытий использовали растворы органосиланов, полученных в условиях кислотного гидролиза. Процесс гидролиза контролировали методом тонкослойной хроматографии с использованием пластин с закрепленным слоем диоксида кремния. Морфологию и элементный состав сформированных покрытий исследовали методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа. Защитные свойства покрытий исследовали методом капельной пробы по Акимову. Изучено влияние кислотности среды, концентрации рабочих растворов и введения этанола на протекание гидролиза и формирование силоксанового слоя через связи металл – кислород – кремний. Наиболее эффективное протекание гидролиза наблюдается при pH 3, что обеспечивает получение стабильных растворов и однородность и равномерность покрытий. Показано, что оптимальная концентрация органосиланов в растворе составляет 4–7% – при ней формируется наиболее однородное покрытие. Выявлена взаимосвязь между условиями гидролиза, морфологией покрытий и их антикоррозионной стойкостью. Установлено, что нанесение покрытий способствует увеличению времени протекания коррозионной реакции по сравнению с необработанной поверхности. Наиболее высокие защитные способности наблюдаются при концентрации органосиланов в растворах 4–7% и pH 3. Полученные результаты подтверждают перспективность применения исследованных органосиланов для создания эффективных праймерных покрытий.

1. Fawzy J., El-Shorbagy R.M., Khalifa W. Corrosion failures in oil and gas fields: review and case studies // International Journal of Materials Technology and Innovation. 2024. Vol. 4, no. 2. P. 30–38. DOI: 10.21608/ijmti.2024.328485.1112.

2. Выбойщик М.А., Кудашов Д.В., Князькин С.А., Федотова А.В., Казадаев Д.С. Коррозионно-механическое разрушение электросварных труб в нефтепромысловых средах высокой агрессивности // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2020. N 3. C. 7–18. DOI: 10.18323/2073-5073-2020-3-7-18. EDN: CLGFUX.

3. Федоров А.С., Карасев В.С., Алексеева Е.Л., Альхименко А.А., Шапошников Н.О. Проблемы подбора коррозионностойких сталей и сплавов в нефтегазовой отрасли под условия эксплуатации // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2024. Т. 67. N 3. С. 340–350. DOI: 10.17073/0368-0797-2024-3-340-350. EDN: TTPSJR.

4. Manu K.C., Madhushree C., Chandini M.S., Shree N., Hemanth S., Jeevan T.P. Corrosion in steel structures: a review // Journal of Mines, Metals and Fuels. 2025. Vol. 73, no. 1. P. 189–198. DOI: 10.18311/jmmf/2025/46985.

5. Hou B., Li X., Ma X., Du C., Zhang D., Zheng M., et al. The cost of corrosion in China // Npj Materials Degradation. 2017. Vol. 1. P. 4. DOI: 10.1038/s41529-017-0005-2.

6. Chen Zh., Zhou K., Lu X., Lam Y.C. A review on the mechanical methods for evaluating coating adhesion // Acta Mechanica. 2014. Vol. 225, no. 2. P. 431–452. DOI: 10.1007/s00707-013-0979-y.

7. Krüger T., Amkreutz M., Schiffels P., Schneider B., Hennemann O.-D., Frauenheim T. Theoretical study of the interaction between selected adhesives and oxide surfaces // The Journal of Physical Chemistry B. 2005. Vol. 109, no. 11. P. 5060–5066. DOI: 10.1021/jp0448651.

8. Qian H., Jiang B. Silicone resin applications for heat-resistant coatings: a review // Polymer Science, Series C. 2023. Vol. 65. P. 206–219. DOI: 10.1134/S1811238223700443.

9. Czakaj J., Sztorch B., Romanczuk-Ruszuk E., Brząkalski D., Przekop R.E. Organosilicon compounds in hot-melt adhesive technologies // Polymers. 2023. Vol. 15, no. 18. P. 3708. DOI: 10.3390/polym15183708.

10. Cui G., Bi Zh., Wang Sh., Liu J., Xing X., Li Z., et al. A comprehensive review on smart anti-corrosive coatings // Progress in Organic Coatings. 2020. Vol. 148. P. 105821. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2020.105821.

11. Wang T., Chen S., Feng H., Cao L., Zhao Z., Li W. Modification strategy of siloxane antifouling coating: adhesion strength, static antifouling, and self-healing properties // Surface Science and Technology. 2023. Vol. 1. P. 28. DOI: 10.1007/s44251-023-00028-z.

12. Kowalewska A., Majewska-Smolarek K. Self-healing antimicrobial silicones – mechanisms and applications // Polymers. 2023. Vol 15, no. 19. P. 3945. DOI: 10.3390/polym15193945.

13. Wang X., Shen J. A review of contamination-resistant antireflective sol-gel coatings // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2012. Vol. 61, no. 1. P. 206–212. DOI: 10.1007/s10971-011-2615-4.

14. Al-Saadi S., Singh Raman R.K. Silane coatings for corrosion and microbiologically influenced corrosion resistance of mild steel: a review // Materials. 2022. Vol. 15, no. 21. P. 7809. DOI: 10.3390/ma15217809.

15. Pluddemann E.P. Silane coupling agent. New York: Springer, 1991. 253 p. DOI: 10.1007/978-1-4899-2070-6.

16. Silanes and other coupling agents / ed. K.L. Mittal. Utrecht – Boston – Tokyo, 2000. Vol. 2. 292 p.

17. Ishida H. Recent progress in the studies of molecular and microstructure of interfaces in composites, coatings and adhesive joints // Adhesion aspects of polymeric coatings / ed. K.L. Mittal. New York – London: Plenum Press, 2011. P. 45–106. DOI: 10.1007/978-1-4613-3658-7.

18. Adamovich S.N., Nalibayeva A.M., Abdikalykov Y.N., Ushakov I.A., Oborina E.N., Rozentsveig I.B. New functional alkoxysilanes and silatranes: synthesis, structure, properties, and possible applications // International Journal of Molecular Sciences. 2023. Vol. 24, no. 18. P. 13818. DOI: 10.3390/ijms241813818.

19. Блок Р., Лестранж Р., Цвейг Г. Хроматография на бумаге / пер. с англ. М.: Издательство иностранной литературы, 1954. 212 с.

20. Osterholtz F.D., Pohl E.R. Kinetics of the hydrolysis and condensation of organofunctional alkoxysilanes: a review // Journal of Adhesion Science and Technology. 1992. Vol. 6, no. 1. P. 127–149. DOI: 10.1163/156856192x00106.

21. Pohl E.R., Osterholtz F.D. Kinetics and mechanism of aqueous hydrolysis and condensation of alkyltrialkoxysilanes // Molecular characterization of composite interfaces / eds H. Ishida, G. Kumar. New York: Springer, 1985. P. 157–170. DOI: 10.1007/978-1-4899-2251-9.

22. Pokorný P., Kouřil M. Predicted corrosion performance of organofunctional silane coated steel reinforcement for concrete structures: an overview // Buildings. 2024. Vol. 14, no. 6. P. 1756. DOI: 10.3390/buildings14061756.

23. Gladkikh N., Petrunin M., Maksaeva L., Yurasova T. Adsorption of organosilanes on the surface of aluminium and the formation of organosilane films to protect it from corrosion // Materials. 2021. Vol. 14, no. 19. P. 5757. DOI: 10.3390/ma14195757.

24. Al-Saadi S., Singh Raman R.K. Silane coatings for corrosion and microbiologically influenced corrosion resistance of mild steel: a review // Materials. 2022. Vol. 15, no. 21. P. 7809. DOI: 10.3390/ma15217809.

25. Liu Y., Zhang S., He Y., Chen C., Zhang C., Xie P., et al. APTES modification of molybdenum disulfide to improve the corrosion resistance of waterborne epoxy coating // Coatings. 2021. Vol. 11, no. 2. P. 178. DOI: 10.3390/coatings11020178.