Upscaling challenges for LDH-containing active protection coatings

Abstract

The main goal of this work is to study the challenges associated to the upscaling of an active protective coating with (LDH) layered double hydroxides from a laboratorial to industrial scale. Two types of coatings having LDH with gluconate intercalated into its galleries with and without alginate as surface modification were considered. Dispersion was studied with both particles in a polymer formulation and it was shown that the addition of alginate allows a faster and more effective dispersion as well as improved compatibility to the matrix. The possible agglomeration of LDH particles in the formulation was evaluated by particle size analysis demonstrating a reasonable compatibility between the pigment and polymer. The developed coatings were studied with standard accelerated corrosion tests and electrochemical techniques demonstrating active protection conferred by the LDH nanocontainers. Coating protection properties were studied through electrochemical impedance spectroscopy and revealed that the addition of LDH allows an active corrosion protection to coatings, higher impedance values and a delay on the appearance of new time constants with the increasing of immersion time. The shelf-life of the LDH pigment as well as LDH-containing coating formulation was estimated by monitoring the crystalline structure of LDH by X-ray diffraction technique. No changes of LDH structure during storage in open air were observed, however, for formulation, there was a change of basal spacing which can be associated to intercalation of anionic species from formulation into LDH galleries. The obtained results lead to the conclusions that the compatibility of LDH with coating formulation can be improved by modification of pigment particles with alginate when considering pre-industrial scale application. The shelf life of the formulation can be extended if the LDH nanocontainers are added at a later stage shortly before the coating application.

O principal objetivo deste trabalho é estudar os desafios associados a um revestimento de proteção ativa contendo (HDL) hidróxidos duplos lamelares quando passado de uma escala laboratorial para industrial. Dois tipos de revestimento foram estudados contendo HDL com gluconato intercalado nas galerias com e sem adição de alginato à sua superfície. Foi estudada a dispersão de ambas as partículas numa formulação polimérica e foi demonstrado que o alginato permite uma dispersão mais rápida e efetiva bem como uma melhor compatibilidade na matriz. A possível aglomeração dos HDL na formulação foi avaliada através de análises do tamanho de partícula e demonstrou uma razoável compatibilidade entre o pigmento e o polímero. Os revestimentos foram estudados com testes normalizados de corrosão acelerada e com técnicas eletroquímicas, demonstrando a proteção ativa conferida pelos HDL. As propriedades protetoras do revestimento foram estudadas através de espetroscopia de impedância eletroquímica e revelou que a adição de HDL permite proteção ativa nos revestimentos, maiores valores de impedância e um atraso no aparecimento de novas constantes de tempo. O período de vida útil do pigmento HDL bem como dos HDL na formulação do revestimento foram estudados controlando a estrutura cristalina dos HDL através da técnica de difração de raios-X. Nenhumas alterações na estrutura dos HDL foram observados durante o armazenamento em ar, no entanto, no entanto, para a formulação, houve uma alteração no espaçamento basal o que pode estar associado à intercalação de espécies aniónicas da formulação nas galerias dos HDL. Chegou-se à conclusão que a compatibilidade dos HDL com a formulação do revestimento pode ser melhorada com a modificação dos pigmentos com alginato considerando a aplicação numa escala pré-industrial. O tempo de vida da formulação pode aumentar se os HDL forem adicionados num curto espaço de tempo antes da aplicação do revestimento.