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Tese de Doutorado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Lucas Henrique Eiras dos Santos
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2019
Orientador
Banca examinadora
Motheo, Artur de Jesus (Presidente)
Benedetti, Assis Vicente
Olivi, Paulo
Pagotto, Josias Falararo
Varanda, Laudemir Carlos
Título em português
Compósitos de polianilina e nanopartículas de magnetita eletropolimerizados sobre o aço AISI 1020: correlação entre variáveis operacionais, características eletroquímicas e propriedades anticorrosiva
Palavras-chave em português
aço AISI 1020
corrosão
eletropolimerização
nanopartículas de magnetita
polianilina
Resumo em português

A utilização da polianilina (PAni) na proteção contra a corrosão metálica é promissora, considerando aspectos ambientais e industriais. A aplicação da PAni na forma de compósitos com nanoestruturas permite obter recobrimentos com características reforçadas. Neste caso, compósitos com nanopartículas de magnetita (n-Fe3O4) são de especial interesse devido à melhora da eletroatividade da PAni provida pelas nanopartículas. Entretanto, o uso destes materiais para esta finalidade permanece um desafio devido a lacunas no conhecimento a respeito da relação entre parâmetros de síntese dos filmes, suas características e propriedades anticorrosivas. Neste trabalho foram obtidos recobrimentos compósitos de PAni/n-Fe3O4 sobre o aço AISI 1020 utilizando o método eletroquímico potenciostático, variando-se os parâmetros operacionais do processo. As técnicas de caracterização utilizadas (MEV, ATR-FTIR, e VC) mostram que a eletroatividade dos recobrimentos de PAni está intimamente relacionada com a porosidade dos filmes, uma vez que estes são estruturalmente semelhantes mas diferem na quantidade de agregados poliméricos superficiais, que aumenta com o tempo de síntese. O mesmo foi observado em relação aos compósitos de PAni/n-Fe3O4, sendo que neste caso se observou que as nanopartículas têm um efeito catalítico na polimerização da anilina. Também se observou que o aumento da concentração das nanopartículas influencia a porosidade e a eletroatividade dos filmes. O perfil de potencial de circuito aberto dos eletrodos recobertos, em solução contendo íons cloreto, mostra que os recobrimentos poliméricos e compósitos protegem o substrato metálico contra a corrosão mas são permeáveis à solução eletrolítica. As curvas de polarização potenciodinâmica mostram que os recobrimentos, poliméricos e compósitos, sintetizados em potenciais mais baixos e por tempos mais curtos proporcionam grandes deslocamentos do potencial de corrosão do substrato, o que está relacionado com a baixa porosidade (P) destes recobrimentos. Os valores de P foram estimados a partir de parâmetros obtidos da extrapolação das retas de Tafel e da resistência de polarização linear. A variação de log P em função do potencial de corrosão das diferentes amostras mostrou que os recobrimentos de PAni menos porosos são inibidores mais efetivos da corrosão do aço. Os recobrimentos compósitos apresentam capacidade inibidora igual, ou superior, a dos filmes de PAni, ainda que possuam porosidades ligeiramente maiores. Neste trabalho foi verificado que os parâmetros operacionais da eletropolimerização têm grande efeito sobre a porosidade dos filmes à base de PAni. Embora esta característica determina a efetividade dos recobrimentos na proteção contra a corrosão, a presença de n-Fe3O4 contribui com os mecanismos eletroquímicos de proteção contra a corrosão.

Título em inglês
Polyaniline-magnetite nanoparticles composites electropolymerized on the AISI 1020 steel: correlations among operational variables, electrochemical characteristics and anticorrosion properties
Palavras-chave em inglês
AISI 1020 steel
corrosion
electropolymerization
magnetite nanoparticles
polyaniline
Resumo em inglês

The use of polyaniline (PAni) for corrosion protection is promising for environmental and industrial aspects. When PAni is applied as a composite film with nanostructures, an enhanced coating is obtained. In this case, composites with magnetite nanoparticles (n-Fe3O4) are especially interesting because the n-Fe3O4 improve the electroactivity of PAni. The use of PAni composite films remains a challenge, nevertheless; there are blanks in the knowledge about the correlation among synthetic operational parameters, film characteristics and anticorrosion properties. In this study, PAni/n-Fe3O4 composites were synthesized on the surface of AISI 1020 steel by the electrochemical potentiostatic method. The operational parameters of this process were varied. Characterization techniques (SEM, ATR-FTIR and CV) show that the electroactivity of the PAni films is intimately related to their porosity, since they are structurally similar although differ in the amount of polymeric agglomerates on their surface. The amount of agglomerates increased with increasing synthesis time. The same trend was observed concerning the composite films. In this case, the nanoparticles presented a catalytic effect on the polymerization of aniline. The concentration of n-Fe3O4 influences the porosity and the electroactivity of the composite films. Open circuit potential profiles of the coated electrodes in chloride-containing solution show that the polymeric and composite films protect the steel against corrosion although they are permeable to the electrolytic solution. Potentiodynamic polarization curves show that the polymeric and the composite coatings synthesized in low potentials and for short times provide high shifts of the corrosion potential of the substrate. That is related to the porosity (P) of the coatings. The values for P were estimated by parameters obtained from the Tafel extrapolation and the linear polarization resistance. The variation of log P with the corrosion potential of the coated steel samples shows that the PAni coatings effectively inhibit the corrosion of steel. The composite coatings presented an even, or higher, inhibition efficacy than the PAni films, although they were slightly more porous. In this study, an important effect of the synthetic operational parameters on the porosity of PAni-based films was observed. Porosity determined the effectiveness of the corrosion protective coatings; however, the presence of n-Fe3O4 contributes to the electrochemical corrosion protection mecanisms.

 
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Data de Publicação
2019-10-24
 
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