Recognizing the function of different silane coupling agents on MXene adsorption/barrier behavior in solvent-borne epoxy coatings: Experimental studies, density functional theory, and molecular dynamics simulations

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作者
Sepideh Pourhashem,Mohammad Hassan Hadizadeh,Xiaohong Ji,Ziyang Zhou,Jizhou Duan,Xiaohong Ci,Hao Lu,Baorong Hou
出处
期刊:Progress in Organic Coatings [Elsevier BV]
卷期号:192: 108453-108453 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.porgcoat.2024.108453
摘要

Two different silane agents including 3-aminopropyltriethoxysiane and tetraethyl orthosilicate are used to achieve MXene nanosheets grafted with amino-silane (Silane@MXene) and MXene nanosheets covered with SiO 2 nanoparticles (SiO 2 @MXene), respectively. The Silane@MXene and SiO 2 @MXene are used as nanofillers in a solvent-based epoxy coating and applied with a dry film thickness of 200 ± 50 μm on steel substrates. The neat epoxy and epoxy loaded with SiO 2 @MXene and Silane@MXene show water contact angles of 75.8°, 88.4°, and 115.8° and adhesion strengths of 3.2, 4.8, and 6 MPa, respectively. The neat sample fails after 28 days of immersion in the 3.5 wt% NaCl solution, while the coatings loaded with SiO 2 @MXene and Silane@MXene show low frequency impedance modulus of 4.34 × 10 7 and 2.97 × 10 8 Ω.cm 2 after 56 days of immersion, respectively. Moreover, density functional theory calculations indicate that both APTES and TEOS structures exhibit reactivity and promise for interacting with the MXene/solution interface. Molecular dynamics simulation shows that both Silane@MXene and SiO 2 @MXene are effective in protecting against the 3.5 wt% NaCl solution. The diffusion of Na + and Cl − in Silane@MXene is marginally higher compared to the SiO 2 @MXene systems. The exceptional adsorption capacity of the Silane@MXene makes it a suitable material for protection against NaCl solution. • The effect of silane type on barrier properties of MXene nanosheets is discovered. • The silane functionalized MXene nanosheet is derived by in situ reaction with APTES. • The SiO 2 decorated MXene nanosheet is derived by in situ reaction with TEOS. • Silane@MXene provides higher corrosion protection than SiO 2 @MXene in epoxy coating. • DFT/MD shows Silane@MXene with higher ion diffusion and adsorption capacity is suitable for protection.
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