Formulation of anticorrosive paints employing conducting polymers

Abstract

The intention and purpose of the present thesis is to prepare a series of protective coatings using some conducting polymers (CPs) as corrosion inhibitors. The use of organic paints is the most common method for corrosion prevention. Anticorrosive coatings form a class of high-performance systems with a very wide range of applications and being classified in two broad groups: heavy-duty coatings, for high performance, and light-duty coatings, for medium performance. The first class being required for highly aggressive medium, like oil platforms, bridges, chemical industry plants, containers, shipping, and others; the late being employed mainly for outside industrial environments, urban environments, houses, offices, and others. This thesis consists of an overview and a compendium of the following work stages and results: 1. Preparation of nanostructured CPs for corrosion inhibition: Study of the ability of poly(N-methylpyrrole) to form nanostructures and the performance of such nanostructures when act as anticorrosive additive of organic coatings. 2. Partial replacement of metallic zinc dust usually employed in heavy duty protective coatings, by a small concentration of CPs: Study of the use of a small amount of polyaniline emeraldine salt as a partial substitute of metallic zinc dust in marine epoxy primers in order to maintain corrosion inhibition. 3. Evaluation of an environmentally friendly anticorrosive pigment for alkyd priming: Study of the substitution of a high concentration of zinc phosphate, commonly employed in light-duty coatings, by a very low concentration of polyaniline emeraldine base (undoped form), polyaniline emeraldine salt (doped form) and an eco-friendly polythiophene derivative (partially oxidized) in an alkyd coatings and the study of their protective performance using accelerated corrosion assays. 4. Preparation of a novel epoxy coating, based on DMSO as green solvent and free of zinc anticorrosive pigment, and its application on carbon steel protection: Formulation and evaluation of a novel anticorrosive epoxy coating based on DMSO solvent and free of zinc, using polyaniline emeraldine base and poly[2,2’-(3-methylacetate)thiophene] as anticorrosive pigments. All the results derived from the present thesis have been accepted or have been sent for publication in international journals and also reported in some international congresses, as we point below: 1. M. Martí, G. Fabregat, F. Estrany, C. Alemán, E. Armelin, “Nanostructured conducting polymer for dopamine detection”, J.Mater. Chem., 2010, 20, 10652-10660. 2. E. Armelin, M. Martí, F. Liesa, J.I. Iribarren, C. Alemán, “Partial replacement of metallic zinc dust in heavy duty protective coatings by conducting polymer”, Prog. Org. Coat., 2010, 69, 26-30. 3. M. Martí, G. Fabregat, D.S. Azambuja, C. Alemán, E. Armelin, “Evaluation of an environmentally friendly anticorrosive pigment for alkyd primer”, Prog. Org. Coat., 2012, 73, 321–329. 4. M. Martí, L. Molina, C. Alemán, E. Armelin, “Replacement of toxic solvents and anticorrosive pigments used in solvent-borne epoxy coatings by safer functional organic compounds”, submitted for publication in Journal of Hazardous Materials, 2013. 5. M. Martí, E. Armelin, J. Iribarren, C. Alemán. Soluble polythiophenes as anticorrosive additives for marine epoxy paints”, submitted for publication in Materials and Corrosion, 2013. 6. G. Fabregat, M. Martí, F. Estrany, C. Alemán, E. Armelin, “Nanostructured Poly(N-Methylpyrrole) and Its Application in Dopamine Detection”, E-MRS 2010 Spring Meeting. 2010, Strasbourg, France. 7. E. Armelin, M. Martí, F. Estrany, C. Alemán, “Environmentally friendly anticorrosive additive to replace zinc and its compounds in alkyd and epoxy primers”, 12th Mediterranean Congress of Chemical Engineering: shaping the future of chemical engineering. 2011, Barcelona, Spain

El propósito de la presente tesis es preparar una serie de recubrimientos protectores empleando polímeros conductores (CPs) como inhibidores de la corrosión. El uso de pinturas orgánicas es el método más empleado para la prevención de la corrosión. Los recubrimientos anticorrosivos forman una clase de sistemas de alto rendimiento con una amplia variedad de aplicaciones y pueden ser clasificados en dos grandes grupos: recubrimientos de altas prestaciones y recubrimientos de suaves prestaciones. El primero de ellos es el que se emplea en estructuras expuestas a ambientes muy agresivos, tales como: plataformas petrolíferas, puentes, plantas industriales químicas, contenedores, barcos, entre otros; y el último es el que se suele emplear en el exterior de ambientes industriales, ambientes urbanos, casas, oficinas, entre otros. La presente tesis consiste en un compendio de las siguientes etapas del trabajo y resultados: 1. Preparación de CPs nanoestructurados para inhibición de la corrosión: Estudio de la habilidad del Poli(N-metilpirrol) para formar estructuras nanoestructuradas y la actuación de éstas como aditivo anticorrosivo en recubrimientos orgánicos. 2. Sustitución parcial del zinc metálico en polvo habitualmente empleado en pinturas de altas prestaciones, por una pequeña cantidad de CP: Estudio del uso de pequeñas concentraciones de polianilina sal emeraldina (PAni-EB), como sustituto parcial del zinc metálico en polvo, en pinturas de imprimación epoxi marinas, con el objetivo de mantener la inhibición a la corrosión. 3. Evaluación de pigmentos anticorrosivos amigables con el medio ambiente para pinturas de imprimación alquídicas: Estudio de la sustitución de una elevada concentración de fosfato de zinc, generalmente empleado en recubrimientos de suaves prestaciones, por una concentración muy baja de PAni-EB (forma no-dopada), PAni-ES (forma dopada) y un derivado del politiofeno (parcialmente dopado) en un recubrimiento alquídico, y el estudio de sus capacidades protectoras empleando ensayos de corrosión acelerados. 4. Preparación de una nueva pintura epoxi, basada en DMSO como disolvente ecológico y libre de pigmento anticorrosivo de zinc, y su aplicación para la protección de acero al carbono: Formulación y evaluación de una nueva pintura epoxi basada en DMSO como solvente y empleando PAni-EB y poli[2, 2’-(3-metilacetato)tiofeno] como nuevos pigmentos anticorrosivos. Todos los resultados obtenidos en la presente tesis han sido aceptados o han sido enviados para publicación en revistas internacionales; además, algunos resultados han sido divulgados recientemente en congresos internacionales, tal y como se describe abajo: 1. M. Martí, G. Fabregat, F. Estrany, C. Alemán, E. Armelin, “Nanostructured conducting polymer for dopamine detection”, J. Mater. Chem., 2010, 20, 10652-10660. 2. E. Armelin, M. Martí, F. Liesa, J.I. Iribarren, C. Alemán, “Partial replacement of metallic zinc dust in heavy duty protective coatings by conducting polymer”, Prog. Org. Coat., 2010, 69, 26-30. 3. M. Martí, G. Fabregat, D.S. Azambuja, C. Alemán, E. Armelin, “Evaluation of an environmentally friendly anticorrosive pigment for alkyd primer”, Prog. Org. Coat., 2012, 73, 321–329. 4. M. Martí, L. Molina, C. Alemán, E. Armelin, “Replacement of toxic solvents and anticorrosive pigments used in solvent-borne epoxy coatings by safer functional organic compounds”, enviado para publicación en Journal of Hazardous Materials, 2013. 5. M. Martí, E. Armelin, J. Iribarren, C. Alemán. Soluble polythiophenes as anticorrosive additives for marine epoxy paints”, enviado para publicación en Materials and Corrosion, 2013. 6. G. Fabregat, M. Martí, F. Estrany, C. Alemán, E. Armelin, E-MRS 2010 Spring Meeting. 2010, Strasbourg, France. 7. E. Armelin, M. Martí, F. Estrany, C. Alemán, 12th Mediterranean Congress of Chemical Engineering: shaping the future of chemical engineering. 2011, Barcelona, Spain.