Şekil 2. Cu elektrot üzerinde 0,1M, 0,2M, ve 0,5M polipirol kaplama (0,3A, 10V, 3dk)
a) Al
b) Pb
c) Zn
Şekil 3. Farklı metaller üzerine polipirol kaplanması
PROJEMİZİN AMACI
d) Pirinç
İletken polimer kullanarak metallerdeki aşınmayı çevreye zarar vermeden
azaltmayı amaçladık.
GİRİŞ
Şekil 5
Son yıllara kadar alüminyum korozyonunu engellemekte çok kullanılan kromatlama
işlemi, çevreye verdiği zehirli atıklar yüzünden yasaklanmış olup yeni alternatif
inhibitör arayışlarına iletken polimer kaplamalar olumlu cevap vermiştir. Polipirolün çevresel kararlılığının yüksek olması ve atık pirol monomer ve oligomerlerinin
çevre ile etkileşimleri sonucunda kararlı ve tersinmezliği nispeten büyük bileşiklere dönüşmesi, bu uygulamanın kromatlama işlemine göre tercih edilmesinin sebebidir (www.egetekepoksi.com).
YÖNTEM VE TEKNİKLER
Günlük hayatımızda yaygın olarak kullanılan alüminyum, bakır, çinko, kurşun metalleri ile pirinç (bakır-çinko alaşımı) korozyon takibi yapabilmek için elektroliz
düzeneğinde elektrot olarak kullanıldı.
Aşağıdaki işlemler sırasıyla yapıldı.
-Korozyonu takip edilecek metal malzemelerin aşınmasını gözlemleyebilmek için
uygun bir deneysel yöntem belirlendi.
Şekil 6
Şekil 4. Uzun süreli elektrolizde anodik aşınmalar (0,5A, 20V)
3. Aşındırma İşlemi
Polipirol ile kaplanmış Cu elektrotu anota bağlı durumda uzun süre sabit
akım altında (0,5 A) bekletip aşınmaya karşı test ettik. 10 dakika bekletildiğinde önce polimerin, ardından da metalin aşınmaya başladığını gözlemledik.
4. Çözeltideki değişkenlerin incelenmesi
Uzun süre sabit akım altında aşındırılan bakır elektrotların çözeltilerindeki pH, tuzluluk, iletkenlik ve sıcaklık ölçümleri Hanna HI 98129 Model
COMBO cihazı ile yapılıp, kaydedilmiştir (Şekil 6).
Tablo 3. Polipirol kaplanmış bakır elektrodun suda aşınması esnasında çözeltideki
iletkenlik, sıcaklık, tuzluluk ve pH değişimleri
-Elektroliz düzeneği kurularak, metaller iletken polimerle kaplandı.
-Uzun süreli yüksek akım ile aşındırma işlemi yapıldı.
-Madde miktarı, pH, tuzluluk, sıcaklık ve iletkenlik ölçümü yapılarak en az aşınma
Özellikler
gösteren şartlar ortaya çıkarıldı.
İletkenlik
Sıcaklık
Tuzluluk
Kaplanmadan elektroliz
edilen Cu çözeltisi
119 µS
203,3 °C
60 ppm
pH
9,84
Deneyin Yapılışı:
1.Elektroliz düzeneği kurma:
Alüminyum, bakır, çinko, kurşun metalleri ve pirinç alaşımı 0,1x1x3 cm ebatlarında kesilip, elektrot olarak kullanıma hazırlanır.
Kaplamada aşınma
sonrası çözelti
135 µS
23,7 °C
68 ppm
Su
140 µS
21,3 °C
70 ppm
9,17
7,42

SONUÇLAR

100 ml’lik beherlere 0.1M, 50 ml NaClO4/ACN (sodyumperklorat asetonitril)
çözeltisi oluşturulur.


0,01M pirol (C4H5N) çözeltisi oluşturmak üzere pirol monomeri alınıp, 50 ml’lik
hazırlanan çözelti içerisine eklenir.


Kaplanması istenen metaller TT-TECHNIC MCH-303D model güç kaynağına
elektrot olarak bağlanır.


2. Farklı metalleri iletken polimerle kaplama
Bu çalışmada, sanayide ve günlük hayatın her alanında yaygın olarak kullanılan
ve özellikle mekanik aşınma sonucunda çevresi ile elektrokimyasal korozyon
reaksiyonu veren çeşitli metal malzemelerin kullanım süresini artırmak için
polipirol ile kaplama uygulamaları denendi.
Elde edilen sonuçlar aşağıda sıralanmıştır.
Farklı gerilimde ve sürelerde Galvanostat/Potansiyostat cihazı ile yaptığımız kaplamalarda 0,3A akım, yaklaşık 10V gerilim altında, 3 dakika değerleri
ile en iyi sonucun elde edildiğini gördük (Şekil 2) .

Öncelikle kaplamada en uygun pirol derişimini tespit etmek için farklı pirol derişimlerinin alüminyum metali üzerindeki etkisi incelendi.
Farklı derişimlerde pirol monomeri kullanarak yaptığımız deneylerde monomer derişimi arttıkça, kaplama daha fazla olmuştur. Monomer sarfiyatı da
dikkate alındığında 0,1 M pirol derişimi ile çalışmanın uygun olduğu görülmüştür.( Tablo 1).
Bakır metali üzerine polipirol kaplama

Alüminyum metali farklı derişimlerde 0,1M, 0,2M ve 0,5M pirol çözeltisi kullanılarak kaplandı (Şekil 2). Kaplamadan önceki ve sonraki elektrot ağırlıkları kaydedildi. İletken polimerin iletkenliği STRONG DT-830B Multimetre .cihazı yardımıyla hesaplandı (Tablo 1).

Tablo 1. Farklı pirol derişimlerinde Cu metalinin kaplanması
Saf Cu
kütlesi
1,48 gr.
Kaplama işleminden Kaplanan polipi- İletkenlik,
Kaplanmış Cu
sonraki kütle
rol miktarı
1/R (S)
-4
~
0,01
6,06x10
Cu kap. (0,1M pirol)
1,49 gr.
1,55 gr. Cu kap. (0,2M pirol)
1,65 gr. Cu kap. (0,5M pirol)
~ 0,01
1,56 gr.
~ 0,02
1,67 gr.
26,3x10
-4
45,5x10
-4
Diğer metaller üzerine polipirol kaplama denemeleri
Alüminyum, çinko, kurşun metalleri ile pirinç alaşımı üzerine 0,1M pirol, 0,3A,
10V, 3dk süresince kaplandı (Şekil 3).
Kaplanan Al elektrot üzerinde iletkenlik ölçümü yapıldığında 0,026x10-4 S olduğu,
kaplanan Cu elektrotlara kıyasla çok küçük bir değer olduğu görülmüştür.
Tablo 2. Farklı metallerdeki polipirol kaplama miktarları (0,1M Pirol, 0,3A, 10V, 3 dk.)
Madde türü
Saf madde kütlesi
Kaplama işleminden sonraki kütle
Alüminyum (Al)
0,80 gr.
0,81 gr.
Kurşun (Pb)
7,39 gr.
7,37 gr. (Anaodik kaplama yok, aşınma var )
Çinko (Zn)
1,94 gr.
1,87 gr. (Anaodik kaplama yok, aşınma var )
Pirinç (Cu-Zn)
2,17 gr.
2,10 gr. (Anaodik kaplama yok, aşınma var )
Tespit edilen ideal derişim ve akımda bakır, alüminyum, kurşun, çinko metalleri ile pirinç alaşımı üzerine polipirol ile kaplama çalışmasında iletken polimerin sadece bakır ve alüminyum anot üzerine kaplandığı görüldü. Diğer metallerde anot üzerinde aşınma meydana gelmiştir (Şekil 3).
Al elektrot üzerine kaplanan polipirolde iletkenlik ölçümü yapıldığında, kaplanan Cu elektrotlara kıyasla çok küçük bir değer olduğu görülmüştür (Şekil 5).

Daha yüksek bir akımda (0,5A, 20V), daha uzun bir süre elektroliz ederek
polimerin dayanıklılığını test ettiğimizde, 10. dakikadan sonra yavaş yavaş polimerin aşındığı gözlemledik (Şekil 4).

Cu elektrotların çözeltilerini incelediğimizde kaplanmamış Cu çözeltisindeki
iletkenlik, tuzluluk, pH ve sıcaklık değişkenlerinin, kaplanmış Cu elektrota göre daha yüksek çıktığını gördük. Özelikle polipirol kaplanmış Cu elektrodun
bulunduğu çözeltinin iletkenlik ve tuzluluk değerleri saf suya oldukça yakın
çıkması aşınmanın kaplanmamış bakıra göre daha az olduğunu gösterir (Tablo 3).

Sonuç olarak, yaygın kullanıma alanına sahip metallerin işlevlerini uzun süre
koruyabilmesi için boya altı korozyon önleyicilere alternatif, çevreyle dost
bir yöntem geliştirilmiştir. İletken polimer olan polipirol ile yaptığımız kaplamlarda bakır ve alüminyum aşınmasını engelleyebileceğimizi deneysel olarak
ispatlamış olduk. Ancak yaptığımız çalışmalar sonucunda bu yöntemin tüm metallerde aynı oranda etkili olmadığını da gözlemlemiş olduk.
Download

Çevreyle Dost İletken Polimerlerin Metallerdeki Aşınmaya Etkisi