مدل جديد تخمين جذب آب توسط پوشش با استفاده از ارزيابي اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي

New Model for Estimating Water Absorption by Coating using Electrochemical Impedance Spectroscopic Evaluation

در اين پژوهش با استفاده از داده‌هاي اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي و بر اساس تئوري متوسط موثر مدلي جديد براي تخمين جذب آب پوشش‌ها توسعه داده شد. براي اين منظور فرض شده، جزء حجمي الكتروليت (آب) در مقطع عرضي فيلم پوششي به صورت يك تابع تواني تغيير مي‌كند و پروفايل مقاومت ويژه و تراوايي پوشش غوطه‌ور شده در محلول الكتروليت را مي توان طبق يك فرمول بر مبناي تئوري متوسط موثر حاصل از تركيب موازي دو محيط شامل الكتروليت و ماده‌ي پوششي محاسبه كرد و با انتگرال گيري از اين جزء حجمي الكتروليت در طول ضخامت فيلم پوششي مقدار كل جذب آب قابل محاسبه است. در ادامه براي اعتبار سنجي نتايج حاصل از مدل توسعه داده شده، نتايج حاصل از مدل ارائه شده با نتايج محاسبه شده بر مبناي تئوري براشر-كينگزبري و وزن سنجي در مورد يك نمونه پوشش اپوكسي تجاري كه به مدت 120 روز در محلول 3.5 درصد كلريد سديم غوطه‌ور شده بود مقايسه گرديد. نتايج حاصل نشان داد كه مقادير جذب آب تخمين زده شده با نتايج تعيين شده طبق تئوري براشر-كينگزبري و وزن‌سنجي همخواني نسبتا خوبي دارد. ضمن اينكه با اين روش امكان تخمين پروفايل جذب آب پوشش، تغييرات مقاومت ويژه و تراوايي پوشش در طول زمان غوطه‌وري نيز ميسر گرديد.

A new model for estimating the water absorption of coatings has been developed using electrochemical impedance spectroscopy data and based on an effective medium theory. It is assumed that the volume fraction of the electrolyte varies along the cross section of coating thickness according to a power-law which is defined based on coating thickness and its capacitance capacity and the coating resistivity and permittivity profiles of immersed coating can be calculated through an effective medium theory (EMT) formula corresponding to a parallel combination of the two media (electrolyte and coating material). The total volume water uptake of proposed model was compared with the results calculated based on the Brusher-Kingsbury theory and gravimetric data for a commercial epoxy coating sample immersed in 3.5% sodium chloride solution for 120 days. The results showed that the estimated water absorption values according to this model, gravimetric method and Brusher-Kingsbury model is 7.5, 7.1 and 10.3%, respectively, and the results of this model are in good agreement with the gravimetric results.. In addition, this method made it possible to estimate the water absorption profile of the coating, changes in specific strength and permeability of the coating during immersion time.