Ηλεκτροχημική εναπόθεση υδατοβασιζόμενων εποξειδικών συστημάτων σε μεταλλικές επιφάνειες και μελέτη των αντιδιαβρωτικών ιδιοτήτων

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προστασία κράματος αλουμινίου, με τη μέθοδο της ηλεκτρολυτικής εναπόθεσης χρησιμοποιώντας υδατοβασιζόμενο εποξειδικό σύστημα. Το κράμα που χρησιμοποιήθηκε ήταν το AA 2024 - T3, λόγω της ευρείας εφαρμογής του στη βιομηχανία και συγκεκριμένα στον τομέα των μεταφορών. Γενικά, οι επιστρώσεις που βασίζονται στα υδατοβασιζόμενα εποξειδικά συστήματα αποτελούν υποκατηγορία των οργανικών επιστρώσεων. Οι οργανικές επιστρώσεις μπορούν να εφαρμοστούν με ποικίλους τρόπους όπως με εμβάπτιση, ψεκασμό και ηλεκτροεναπόθεση. Εκτός από την υψηλή ποιότητα και ομοιομορφία των επιστρώσεων, η ηλεκτρεναπόθεση με χρήση υδατοβασιζόμενου εποξειδικού συστήματος, επιλέχθηκε ως ένας εναλλακτικός, πιο αποτελεσματικός και φιλικότερος ως προς το περιβάλλον τρόπος, από τις μέχρι πρόσφατα επικρατούσες τεχνικές προστασίας, όπως αυτή της χρωμίωσης. Ως ρητίνη χρησιμοποιήθηκε το συμπολυμερές GMA – co – NIPAAm το οποίο συντέθηκε στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Τροποποιήθηκε με δύο διαφορετικές αμινομάδες, την διαιθανολαμίνη και την διαιθυλενοτριαμίνη με σκοπό την φόρτισή του για την ηλεκτροεναπόθεση αλλά και την αποτελεσματική σκλήρυνση του μετά την επίστρωση. Επειδή το τροποποιημένο συμπολυμερές με διαιθυλενοτριαμίνη σχημάτισε gel σε υδατικό διάλυμα, στην διαδικασία ηλεκτρολυτικής εναπόθεσης χρησιμοποιήθηκε μόνο το συμπολυμερές που τροποποιήθηκε με διαιθανολαμίνη. Το συμπολυμερές που συντέθηκε, παρουσιάζει υδρόφιλο τμήμα, λόγω του μονομερούς NIPAAm, σε αντίθεση με τις συνήθεις εποξειδικές ρητίνες που χρησιμοποιούνται για την ηλεκτροεναπόθεση. Οι τελευταίες δε διασπείρονται εύκολα στο νερό, ενώ το GMA – co – NIPAAm, δύναται να διασπαρθεί σχετικά ευκολότερα. Όμως η υδροφιλικότητα του συμπολυμερούς χάνεται στους 32oC, γεγονός που συντελεί στη σχετικά εύκολη κροκίδωση του κολλοειδούς του εποξειδικού συστήματος. Μετά την παρασκευή, τροποποίηση και διάλυση της ρητίνης στο υδατικό ηλεκτρολυτικό διάλυμα, ακολούθησε η διαδικασία της ηλεκτροεναπόθεσης. Η ηλεκτροεναπόθεση δεν ήταν επιτυχής διότι το σύστημα κροκιδώθηκε. Η πιθανότερη αιτία είναι η ευαισθησία του μονομερούς NIPAAm στη θερμοκρασία. Για την κατανόηση της μεθόδου χρησιμοποιήθηκε ρητίνη του εμπορίου διεσπαρμένη σε υδατικό ηλεκτρολυτικό διάλυμα.

The present thesis is focused on the protection of an aluminum alloy from corrosion, with electro deposition of water based epoxy systems. Alluminum alloy AA 2024 – T3 was used as a substrate, due to its wide application in the industry and more specifically in the transportation field. In general, waterborne epoxy systems belong to the category of organic coating systems. These systems are applied to metal surfaces through different kinds of processes, such as painting, spraying and E- coating (cathodic electro coating/electro deposition). Apart from high quality levels of performance and unsurpassed uniformity, the method of electro deposition with epoxy systems was selected as a more efficient and environmental friendly alternative to other methods, like chromate conversion coating. The resin that was used was the copolymer GMA – co – NIPAAm and was synthesized during the present thesis. After the copolymer synthesis, it was modified with amine groups. The modification is important in order the polymer to be charged and thus to electrodeposit on the cathode. Moreover, the modification enables the crosslinking of the resin after the coating is obtained. Two different amines were utilized, diethanolamine and diehtylenetriamine. Diethylenetriamine, in the presence of water, transformed the copolymer to a gel. As a result, for the electrodeposition of the epoxy system, only the copolymer modified with diethanolamine was used. GMA – co – NIPAAm presents a hydrophilic part, due to the monomer of NIPAAm, in contrast to the most popular epoxy resins that are used for electrodeposition. Thus, the popular resins, cannot be easily dispersed in water solutions, like GMA – co – NIPAAm. However, the hydrophylicity of the copolymer turns to hydrophobicity at about 32oC. This fact can easily lead to the aggregation of the colloid system. The modified copolymer was electrodeposited. The coatings obtained from the electrodeposition process were not acceptable because the emulsion was aggregated. A possible reason for the aggregation is the sensitivity of the monomer NIPAAm to temperature. Finally, electrodeposition process with waterbased epoxy systems was also tested using an industrial resin, for comparison reasons.