Abstrakti
This study presents a process for preparation of cellulose-lignin barrier coatings for hot-dip galvanized (HDG) steel by aqueous electrophoretic deposition. Initially, a solution of softwood kraft lignin and diethylene glycol monobutyl ether was used to prepare an aqueous dispersion of colloidal lignin particles (CLPs) via solvent exchange. Analysis of the dispersion showed that it comprised submicron particles (D = 146 nm) with spherical morphologies and colloidal stability (ζ-potential = -40 mV). Following successful formation, the CLP dispersion was mixed with a suspension of TEMPO-oxidized cellulose nanofibers (TOCN, 1 and 2 g·L-1) at a fixed volumetric ratio (1:1, TOCN-CLPs), and biopolymers were deposited onto HDG steel surfaces at different potentials (0.5 and 3 V). The effects of these variables on coating formation, dry adhesion, and electrochemical properties (3.5% NaCl) were investigated. The scanning electron microscopy results showed that coalescence of CLPs occurs during the drying of composite coatings, resulting in formation of a barrier layer on HDG steel. The scanning vibrating electrode technique results demonstrated that the TOCN-CLP layers reduced the penetration of the electrolyte (3.5% NaCl) to the metal-coating interface for at least 48 h of immersion, with a more prolonged barrier performance for 3 V-deposited coatings. Additional electrochemical impedance spectroscopy studies showed that all four coatings provided increased levels of charge transfer resistance (Rct) - compared to bare HDG steel - although coatings deposited at a higher potential (3 V) and a higher TOCN concentration provided the maximum charge transfer resistance after 15 days of immersion (13.7 cf. 0.2 kΩ·cm2 for HDG steel). Overall, these results highlight the potential of TOCN-CLP biopolymeric composites as a basis for sustainable corrosion protection coatings.
| Alkuperäiskieli | Englanti |
|---|---|
| Sivut | 41034-41045 |
| Sivumäärä | 12 |
| Julkaisu | ACS Applied Materials and Interfaces |
| Vuosikerta | 13 |
| Numero | 34 |
| Varhainen verkossa julkaisun päivämäärä | 19 elok. 2021 |
| DOI - pysyväislinkit | |
| Tila | Julkaistu - 1 syysk. 2021 |
| OKM-julkaisutyyppi | A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä |
Rahoitus
This research was funded by Technology Industries of Finland/Jane and Aatos Erkko Foundations “Future Makers: Biorefinery Side Stream Materials for Advanced Biopolymer Materials (BioPolyMet)” and Academy of Finland (NoWASTE, no. 297962). Furthermore, this work utilized facilities provided by the RawMatTERS Finland Infrastructure (RAMI) at Aalto University, supported by the Academy of Finland. Additionally, we are grateful for the support by the FinnCERES Materials Bioeconomy Ecosystem. The authors would like to express their gratitude to Jari Aroma for providing expertise on EIS, Antti Markkula and Pasi Väisänen (SSAB Europe Oy) for providing the HDG substrates, and Ville Saarimaa (Top Analytica Oy) for assistance with further characterization of the coatings.
YK:n kestävän kehityksen tavoitteet
Tämä tuotos edistää seuraavia kestävän kehityksen tavoitteita:
-
SDG 9 – Teollisuus, innovaatiot ja infrastruktuuri
-
SDG 12 – Vastuullinen kulutus ja tuotanto
-
SDG 13 – Ilmastotoimet
-
SDG 14 – Vedenalainen elämä
-
SDG 15 – Maanpäällinen elämä
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Biopolymeric Anticorrosion Coatings from Cellulose Nanofibrils and Colloidal Lignin Particles'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Projektit
- 2 Päättynyt
-
FinnCERES: Competence Center for the Materials Bioeconomy: A Flagship for our Sustainable Future
Mäkelä, K. (Vastuullinen johtaja)
01/05/2018 → 31/12/2022
Projekti: Academy of Finland: Other research funding
-
NoWASTE: Uudenlainen arvometallien talteenotto sivuvirroista
Lundström, M. (Vastuullinen johtaja), Hannula, P.-M. (Projektin jäsen), Yliniemi, K. (Projektin jäsen), Revitzer, H. (Projektin jäsen), Junnila, T. (Projektin jäsen), Kinnunen, S. (Projektin jäsen), Barranco Asensio, V. (Projektin jäsen), Karppinen, A. (Projektin jäsen), Wang, Z. (Projektin jäsen), Wilson, B. (Projektin jäsen) & Halli, P. (Projektin jäsen)
01/09/2016 → 31/12/2020
Projekti: Academy of Finland: Other research funding
Laitteet
-
Raaka-aineiden tutkimusinfrastruktuuri
Karppinen, M. (Manager)
Kemian tekniikan korkeakouluLaitteistot/tilat: Facility
Tutkimustuotos
- 28 Viittaukset
- 1 Article
-
A sustainable two-layer lignin-anodized composite coating for the corrosion protection of high-strength low-alloy steel
Dastpak, A., Hannula, P. M., Lundström, M. & Wilson, B. P., marrask. 2020, julkaisussa: Progress in Organic Coatings. 148, 9 Sivumäärä, 105866.Tutkimustuotos: Lehtiartikkeli › Article › Scientific › vertaisarvioitu
Open accessTiedosto25 Sitaatiot (Scopus)149 Lataukset (Pure)
Siteeraa tätä
- APA
- Author
- BIBTEX
- Harvard
- Standard
- RIS
- Vancouver