Polyaniline and its application to corrosion protective coatings

Abstract

Tämä diplomityö käsittelee polyaniliinin käyttöä korroosionestopinnoitteissa. Polyaniliini, ja johdepolymeerit yleensä, ovat varsin uusi keksintö korroosionestotekniikassa. Viime aikoina polyaniliinin liukoisuuden ja työstettävyyden parantuminen on vauhdittanut pinnoitteiden kehitystä.

Kirjallisessa osassa perehdytään polyaniliinin valmistukseen ja ominaisuuksiin. Mukana on myös katsaus moniin tutkimusraportteihin, joissa polyaniliinista on valmistettu korroosionestopinnoitteita. Perusmateriaaleina on käytetty mm. terästä, kuparia, alumiinia ja hopeaa. Itse polyaniliinia on kokeiltu hieman eri muodoissa, kuten protonoituna erilaisilla (sulfoni-) hapoilla. Joissakin tapauksissa on käytetty myös substituutiorakenteita. Lähes kaikissa tutkimuksissa perusmateriaalin korroosionkestoa on pystytty parantamaan polyaniliinin avulla.

Kokeellisessa osassa polyaniliinia käytettiin aktiivisena seosaineena epoksissa. Polyaniliinin avulla pyrittiin valmistamaan pinnoite, joka vahingoittumisen jälkeenkin pystyisi suojaamaan hiiliterästä korroosiolta. Epoksihartseja oli kolmea eri laatua: Epikote 862 Epikote 240 ja Epirex 300. Kovetteita oli kaksi: Leecure B-614 ja Epirex 300. Polyaniliinilaatuja (PANI) oli myöskin kolme: emeraldiini (EB), fenyylisulfonihapolla (PSA) protonoitu polyaniliini ja kamferisulfonihapolla (CSA) protonoitu polyaniliini. Polyaniliini-epoksi-seoksia valmistettiin useita vaihdellen eri epokseja, kovetteita, polyaniliineja ja polyaniliinin määrää epokseissa. Näytteille tehtiin korroosiopotentiaali- ja polarisaatiomittauksia 0,6 M NaCl-liuoksessa. Korroosiopotentiaaleja seurattiin päivittäin. Kun korroosiopotentiaali ei enää muuttunut, kalvoon tehtiin pieni reikä ja näyte polarisoitiin.

Kokeiden perusteella emeraldiini osoittautui toimivan parhaiten epoksin lisäaineena. Epirex 300-epoksiin lisättynä (10 painoprosenttia) saatiin aikaan pinnoite (kovetteena Epirex 300), jonka korroosiovirrantiheys polarisaatioajossa oli parhaimmillaan noin kuusi kertaluokkaa alempi kuin nollanäytteellä. Yleisesti ottaen PANI-PSA:ta sisältävien pinnoitteiden ominaisuudet eivät polarisaatioajoissa poikenneet nollanäytteistä. Lisäksi PANI-PSA:ta sisältävissä pinnoitteissa ilmeni ongelmia adheesion suhteen, kun PANI-PSA:n määrä oli suurempi kuin 1 paino-%. PANI-PSA osoittautui huonoksi lisäaineeksi.

Emeraldiinia sisältävän pinnoitteen korroosionestomekanismi on luultavimmin suojaavan oksidikerroksen muodostuminen teräksen pinnalle. Tätä tuntuisi tukevan kyseisen pinnoitteen korroosiopotentiaalin käyttäytyminen. Korroosiopotentiaali kasvoi päivien kuluessa tasolta -100 mV tasolle +100...+150 mV. Edellä mainittu saattaisi johtua oksidikerroksen muodostumisesta ja sen kasvamisesta. Jos tilannetta tarkastellaan Pourbaix-diagrammin avulla päädytään korroosiopotentiaalien arvoilla +100...+150 mV (elektrolyyttiliuoksen pH oli 5,6) tilanteeseen, jossa rauta on passivoituneena oksidikerroksen suojatessa sitä. Muodostunut oksidikerros selittäisi myös näytteiden käyttäytymisen sen jälkeen, kun pinnoitteisiin tehtiin reikä. Polarisaatiokäyrissä näytteiden korroosiopotentiaalit olivat noin +100 mV ja korroosiovirrantiheydet jäivät erittäin alhaisiksi nollanäytteisiin verrattuna.