Poli(n-vinilkarbazol), Polianilin Ve Bunların Oksit Nanoparçacık Kompozitleri İle Antikorozif Kaplamalar

Abstract

Bu çalışmada Poli(N-vinilkarbazol) (PNVCz) ve Polianilin (PANI) ve bunların nanoboyutlu Cerium-oksit (CeO2) ile elde edilen kompozit kaplamalarının korozyon önlemedeki etkileri incelenmiştir. Elektrokimyasal yöntemle paslanmaz çelik yüzeyinde değişik kalınlıklarda PNVCz filmleri, polimerizasyon sırasında uygulanan potansiyel aralığının ve yöntemin etkisini incelemek üzere, değişik potansiyellerde potansiyodinamik (PD), potansiyostatik (PS) ve galvanostatik (GS) yöntemlerle hazırlanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre polimerik filmlerin korozyonu önlemede etkili oldukları ve zamanla kendi kendini iyileştiren etkileri olduğu gözlenmiştir. Benzer şekilde Tafel ve EIS tekniklerini kullanarak PANI’in homopolimerlerinin PD, PS ve GS yöntemiyle ile yapılan polimerik kaplamaları incelenerek kaplama yönteminin PANI korozyon özellikleri üzerinde de etkili olduğu ve PD yöntemin daha avantajlı olduğu sonucu elde edilmiştir. İletken polimerler değişik uygulamalarda kullanılır, inert elektrodlara kaplanır. Aktif elektrotlara kaplanarak kullanımı maliyeti düşürmek açısından önemli olabilir. PNVCz ve PANI’in CeO2 ile kompozitler sentezlenmiş ve paslanmaz çelik üzerine kaplanmıştır. Bu çalışmada, mikro ölçüde sertlik, kullanım dayanıklığı , korozyon direnci ve yüksek sıcaklıkta oksitlenme direnci özeliklerinden dolayı seryum oksit (CeO2) seçilmiştir. Yakıt pillerinde elektrolit, gaz sensorleri ve heterojen endüstriyel katalizörlerde katkı maddesi gibi bir çok farklı alanda kullanılmaktadır. Kompozitler oksidatif kimyasal polimerizasyonla hazırlandı. Asetonitril çözeltisine NVCz monomeri cerium-oksit ile ilave edilmiştir. Ceric amonyum nitrat (CAN) başlatıcı olarak kullanılmıştır. Polimerizasyon NVCz ile CeO2 `in belirli bir konsantrosyonda CAN ile doyurulmuş çözeltisinde karıştırılarak yapılmıştır. Çeşitli fizikokimyasal karakterizasyonlardan sonra PNVCz’un CeO2 ile kompozit oluşturduğu gözlenmiştir. PNVCz/CeO2 kompoziti aseton içeren siklohegzanformaldehid reçinesiyle dispers edilmiştir. PANI/CeO2 kompoziti de PNVCz/CeO2 kompozitine benzer şekilde hazırlanarak başlatıcı olarak amonyumpersülfat kullanılmıştır. Elektrotlar daldırma yöntemi ile PNVCz/CeO2 ve PANI/CeO2 kompozitleri ile kaplandı ve vakum etüvünde kurutuldu. Paslanmaz çeliğin korozyonunun önlenmesi kaplanmış elktrodların 1 M H2SO4 ortamında polarizasyon eğrileri ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ölçümleri ile incelenmiştir. Polarizasyon eğrilerinden Tafel ekstrapolasyon yöntemiyle korozyon akımı (Icorr), korozyon potensiyeli (Ecorr), anodik ve katodik Tafel eğimleri(Ba, Bc) elde edilmiştir. Polarizasyon direnci (Rp), kırılma noktası frekansı (fb), minimum faz açısı (Φmin) ve onun frekansı (fmin), Bode ve Bode faz diagramlarından elde edilmiştir. Bu değerlerin zamanla değişimi kaplamanın kararlılığını incelemek için gözlenmiştir. Kompozit kaplamaların çok etkili olduğu sonucu açıkca gözükmekte olup kompozit kaplamaların etkileri homopolimer kaplamalarıyla kıyaslandığında, kompozit kaplamaların antikorozif özelliklerinin daha iyi olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

In this study corrosion inhibition of Poly(N-vinylcarbazole) (PNVCz) and polyaniline (PANI) homopolymers and their composites with cerium oxide (CeO2) have been investigated. Polymeric coatings for PNVCz homopolymers with different thicknesses on stainless steel (SS) surface were prepared by potentiodynamic (PD), potentiostatic (PS) and galvanostatic (GS) methods at different potentials in order to test the potantial range and method. Results suggest that PNVCz homopolmer films inhibite the corrosion and show self healing behaviour. Similarly, Tafel and EIS measurement results for PANI homopolymer coating obtained by PD, PS and GS methods indicate that coating method is effective on corrosion properties of PANI and the PD method is more advantageous than the others. Conducting polymers are used in different areas, they are coated on inert electrodes. It can be important to decrease the costs that using active electrodes coated with conducting poymers. In this study CeO2 nanocomposite was chosen because of its properties having microhardness, wear resistance, corrosion resistance and high temperature oxidation resistance. Ceria is used in widely different application areas, such as electrolytes in fuel cells smart windows, and gas sensors, and as a support or additive in heterogeneous industrial catalysts. PNVCz/CeO2 composite was prepared by oxidative chemical polymerization. N-vinyl carbazole was added in an aliquot of colloidal CeO2 in acetonitrile solution. Ceric ammonuim nitrate (CAN), was added to NVCz as an initiator. A typical polymerization was carried out by stirring a solution of NVCz of desired concentration in a known weight of CAN impregnated CeO2 nanopowder. After various physiochemical characterization, the product was confirmed to contain PNVCz along with cerium oxide. PNVCz/CeO2 composite was dispersed in a cyclohexanone-formaldehyde resin (CF) containing asetone solution. PANI/CeO2 composite was prepared similar to PNVCz/CeO2 composite. Ammonium persulphate was added to PANI as an initiator. PNVCz/CeO2 and PANI/CeO2 composites were applied by dipping method on electrode surface and then electrode was dried under vacuum. Inhibition of corrosion of steel in 1 M H2SO4 has been investigated using polarization curves and EIS measurements. From polarization curves, corrosion currents (Icorr), corrosion potentials (Ecorr), anodic and cathodic Tafel slopes (Ba, Bc), obtained by Tafel extrapolation method. Polarization resistance (Rp), break point frequency (fb) which is defined as frequency at which the phase angle reaches 45°, minimum of the phase angle (Φmin) and its frequency (fmin) values were obtained from Bode and Bode phase diagrams. These values were followed with time in order to investigate stability of coatings. Results clearly indicate a very effective performance of the coatings. Composites have better corrosion inhibition effect when compared with homopolymers.