FBE- Polimer Bilim ve Teknolojisi Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/166
Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir.

Gözat

Yazar "Acar, Hande Yolsal" ile FBE- Polimer Bilim ve Teknolojisi Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Panı/ceo2  nanokompozit Kaplamalar İle Karbon Çelik Ve Alüminyum Metallerinin Korozyonunun Önlenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-06-24) Acar, Hande Yolsal ; Sezer, Esma ; 10077684 ; Polimer Bilim ve Teknolojisi ; Polymer Science and Technology
    Karbon çelik ve alüminyum, endüstiyel uygulamalarda en sık kullanılan metallerdir. Korozyon, bu metallerin ekipmanlarda kullanımında ortaya çıkan en önemli problemlerden biridir.  En kısa ve genel tanımıyla korozyon, metallerin çevreleriyle etkileşimi sonucu paslanmasıdır. Metaller doğada genellikle oksit ve sülfür bileşikleri olarak kararlı halde bulunur ve serbest enerjileri en düşük durumdadır. Bu bileşikler çeşitli metalurjik proseslerle elementel hallerine dönüştürülür ve amaca uygun bir malzeme haline getirilir. Metaller üretilirken almış oldukları bu enerjiyi geri vererek kendiliğinden doğada bulundukları hale dönme eğilimindedir ve bu eğilim “korozyon” olarak isimlendirilir. Bir metal, malzeme olarak kullanıldığında onun elementel halde kalması, oksitlenip iyonlarına dönüşmemesi istenir. Ancak metaller hava ve nem ile temasa geldikleri anda kimyasal reaksiyon sonucu kendiliğinden potansiyel üreten galvanik pil oluşur ve metal korozyona uğrar. Korozyon hem ekonomik hem de sosyal bazı kayıplara sebep olduğu için yaşamı önemli ölçüde etkiler.  Korozyon nedeniyle işletmelerdeki sistemlerin tamamen durması, değiştirilmesi ya da yeniden tasarlanması gerekebilir; boyama, metal kaplama veya inhibitör kullanımı gibi ilave masraflar gerekir, ürün kirlenebilir, etkinlik, ısı transfer, ya da değerli ürün kayıpları olur. Bunun yanısıra, ani çatlaklar nedeniyle patlama, yangın, zehirli ürün sızıntısı, sistemin çökerek çevredeki her şeye zarar vermesi, sızıntı dolayısıyla, ya da korozyon ürünleri nedeniyle havanın, doğal kaynakların kirlenmesi gibi güvenlik ve sağlık tehlikesi de olmaktadır. Polimer malzemeler, günlük hayatta kullandığımız eşyaların birçoğunun yerini almıştır. Polimer teknolojisindeki gelişmeler, bu malzemelerin korozyon önlemede  kullanımını da mümkün kılmaktadır.  Organik kaplamalar korozyon önlemede kullanılan en önemli yöntemlerden biridir. Kaplamalar, metal malzemeyi çevresinden ayıran bir bariyer görevi görür. Metal yüzeyi korozif ortamdan koruyabilmesi için kaplamaların pürüzsüz, gözeneksiz ve yüzeye tutunmasının yüksek olması gerekmektedir. İletken polimerlerin organik kaplamalarda kullanımı üzerine yapılan araştırmalar artarak devam etmektedir. İletken polimerlerin, kaplamaların korozyon inhibisyon özelliğini arttırdığı birçok çalışmada ortaya konmuştur. Polianilin (PANI), ucuz maliyeti, üstün ısı direnci ve kolay eldesi gibi özelliklerinden dolayı en çok kullanılan iletken polimerlerden biridir.  Inorganik nanopartiküller, birçok uygulamada kullanılm alanı bulmuş olan yeni bir malzeme sınıfıdır. Son dönemde polimer ve inorganik nanopartiküllerin avantajlarına sahip olması amacıyla, bu iki maddenin sentezini inceleyen birçok çalışma yapılmaktadır. Bu inorganik nanopartikül çeşitlerinden biri de, benzersiz katalitik, elektriksel ve optik özelliklerinden dolayı bilimsel çalışmalara sıklıkla konu olan seryum oksit (CeO2) nanopratikülleridir.  Bu çalışmadaki amaç, karbon çelik ve alüminyum metallerine uygulanan PANI/CeO2 nanokompozit ve PANI içeren kaplamaların korozif ortamlarındaki korozyon davranışlarının incelenmesidir.  Çalışmanın ilk kısmında, PANI ve PANI/CeO2 nanokompozit kimyasal olarak sentezlenmiştir. Eşzamanlı olarak gerçekleştirilen iki sentez setinden birinde anilin monomeri ile birlikte bir miktar CeO2 nanopartikül bulunmaktayken, diğer set içinde yalnızca anilin monomeri bulunmaktadır. Kimyasal sentezde anilin monomeri, amonyum peroksidisülfat başlatıcısının etkisi ile HCl ortamında polimerleştirilmiştir.  Elde edilen sentez ürünleri  Fourier Transform Infrared Spektroskopi, UV-Visible Spektroskopi, iletkenlik ölçümleri ve SEM analizi ile karakterize edilmiştir. Karakterizasyon sonuçları ile, hedeflendiği şekilde PANI polimeri ve PANI/CeO2 nanokompoziti elde edildiği tespit edilmiştir. Her iki sentez ürünü de emeraldin tuz formdadır. Farklı konsantrasyonlarda PANI/CeO2 nanokompozit ve PANI içeren kaplama çözeltileri hazırlanarak karbon çelik ve alüminyum elektrotlar üzerinde kaplamalar hazırlanmıştır. Kaplamalarda yalnızca sentez ürünleri olan PANI emeraldine tuz formları değil, daha yüksek çözünürlük özelliği sayesinde daha konsantre boya çözeltilerinin eldesine imkan sunan emeraldine baz formları da kullanılmıştır.  Kaplamaların yüzeye tutunmaları için kaplama hazırlanmadan önce metal yüzeyler zımpara kağıdı ve alüminyum pasta ile mekanik olarak temizlenmiştir. Her bir kaplama, belirli miktarda polimer ve reçine içerecek şekilde hazırlanmıştır. Polimer çözücüsü olarak dimetil formamit, reçine çözücüsü olarak ise asteon kullanılmıştır. Boya çözeltisinin elektrot yüzeyine uygulanması sonucu elde edilen kaplamalar kurutulduktan sonra korozyon etkinliği ölçülmüştür.  Metal yüzeyler üzerine uygulanan kaplamaların SEM analiz sonuçlarına göre, PANI/CeO2 nanokompozit içeren kaplamaların, sadece PANI polimeri içeren kaplamalara kıyasla daha pürüzsüz ve homojen bir yüzeye sahip iken, sadece PANI polimeri içeren kaplama yüzeylerinin daha pürüzlü ve kıvrık bir morfolojide olduğu  tespit edilmiştir. Karbon çelik ve alüminyum üzerinde hazırlanan kaplamaların 0.1 M H2SO4 çözeltisi içindeki ve % 3.5 tuzluluk oranına sahip deniz suyu içindeki kararlı durum akım-gerilim eğrileri ve elektrokimyasal impedans ölçümleri yapılarak kaplamaların korozyona karşı etkinlikleri incelenmiştir.  Korozyon olgusu, elektrokimyasal reaksiyonlar ile gerçekleştiği için, korozyon üzerinde yapılan çalışmalarda elektrokiyasal yöntemler kullanılmaktadır. Elektokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) elektrokimyasal sistemlere ait süreçleri analiz etmede kullanılan en efektif ve güvenilir ölçüm yöntemidir. Potansiyodinamik polarizasyon eğrilerini de içeren elektrokimyasal ölçümler, 3 elektrotlu hücrelerde gerçekleştirilmiştir. Yardımcı elektrot olarak Pt tel, referans elektrot olarak Ag/AgCl kullanılmıştır.  İlk ölçümler, karbon çelik ve alüminyum metalleri ile, elektrotlar 0.1 M H2SO4 çözeltisi içinde 1 saat bekletildikten sonra alınmıştır. Her iki tip kaplamanın da çıplak alüminyum ve karbon çelik elektrotlara kıyasla korozyonu engellediği tespit edilmiştir. Polimer konsantrasyonundaki artış, kaplamanın korozyon inhibisyon etkinliğini pozitif yönde arttırdığı görülmüştür. PANI/CeO2 nanokompozit polimer içeren kaplamalar, hem alüminyum hem karbon çelik metallerinde PANI içeren kaplamalara kıyasla bir miktar daha yüksek korozyon direnci sağlamaktadır, ki bu durum, nanokompozit kaplamaların içerdiği CeO2 nanopartiküllerin etkisini göstermektedir.  Polarizasyon eğrilerinden elde edilen sonuçlara göre, kaplamalar hem anodik hem katodik reaksiyonları yavaşlatmaktadır. Diğer bir ifade ile, kaplamalar hem anodik çözünmeyi azaltır hem de hidrojen oluşumunu yavaşlatır. % 1,62 konsantrasyondaki PANI/CeO2 nanokompozit kaplamalar karbon çelik ve alüminyum elektrotlar üzerinde en iyi performansı göstermiştir.  Korozif ortama maruz kalma süresinin kaplama etkinlikleri üzerindeki etkisini incelemek amacıyla, emeraldin baz formdaki polimer ve nanokompozit içeren kaplamaların gösterdikleri korozyon dirençleri çözelti içindeki bekleme süreleri arttırılarak ölçülmüştür. Hem alüminyum hem karbon çelik metalleri için yapılan bu deneylerde, her iki tip metal için de, korozif ortama maruz kalma süresi arttıkça, kaplama degredasyonunun arttığı, buna bağlı olarak korozyon akımının ve korozyon hızının arttığı tespit edilmiştir. Kaplamaların korozyon önleme özellikleri arasındaki fark, korozif ortamda bekleme süresi arttıkça azalmaktadır. Bu durumun elektrot yüzeyinde oluşan korozyon ürünlerinin etkisinden kaynaklandığı düşünülmektedir.  EIS dataları eşlenik elektrik devre modelleri oluşturularak da analiz edilmiştir. Tüm eşlenik devre modellerinde chi-square değeri 10-3 ve 10-4 olarak elde edilmiştir. Tüm eşlenik devrelerden elde edilen Rp değerleri, deney sonuçları ile uyumludur.  Kaplamaların farklı korozif ortamlardaki performanslarının incelenmesi amacıyla, karbon çelik elektrotların % 3.5 tuzluluktaki deniz suyu içinde ölçümleri yapılmıştır. Sonuçlar göstermektedir ki, PANI/CeO2 nanokompozit kaplamalar, aynı konsantrasyondaki PANI kaplamalara göre, daha düşük konsantrasyona sahip emeraldine tuz formlarında bile, daha yüksek korozyon direnci sağlamaktadır. Bu durum, nanokompozit kaplamaların içerdiği CeO2 nanopartiküllerin kaplama üzerindeki olumlu etkisini göstermektedir.