Dispersões aquosas de poli (acrilato de butila-co estireno) a base de polianilina para obtenção de recobrimentos condutores

Abstract

Nesta tese de doutorado, dispersões aquosas de nanopartículas condutoras de poli (acrilato de butila-co-estireno) (PABS), com as mesmas proporções monoméricas e condições experimentais, mas variando as concentrações de polianilina (PANI), foram produzidas pela polimerização in situ da anilina (ANI) na presença da emulsão de PABS e pela mistura física da PANI no látex. Os polímeros foram produzidos pelo método de polimerização em emulsão semeada e alimentada a 80°C, sob atmosfera de nitrogênio e usando persulfato de sódio como iniciador. Foi investigado o método de preparação do látex mais adequado para estabilizar a PANI na dispersão aquosa. Os látices obtidos se apresentaram com uma estreita curva de distribuição de tamanho de partículas, com valores de potencial zeta (?) negativos e inferiores a -25 mV que indicam partículas estáveis na dispersão devido à repulsão entre partículas causadas pela elevada carga superficial, o que evita formação agregados ao longo do tempo. Os látices na forma de filmes ?livres? obtidos pela polimerização in situ da anilina na emulsão de PABS e mistura física da polianilina no látex apresentaram valores de condutividade elétrica de 5,9 x 10-3 S.cm-1 e 1,9 x 10-5 S.cm-1 para concentrações de 3% m de PANI, respectivamente. As dispersões aquosas na forma que se encontram foram aplicadas sobre aço carbono 1020 lixado para avaliação da aderência e desempenho anticorrosivo. Os látices apresentaram boa aderência a seco, por apresentar temperatura de transição vítrea que indica que o látex desenvolvido apresenta boas propriedades de formação de filme, mas com restrições no desempenho de aderência á úmido que comprometeram as propriedades anticorrosivas. As características de adesão, propriedades eletroquímicas e térmicas da mistura de PABS contendo PANI não foram impactadas pelo método de preparação do látex. Nas micrografias de AFM e MEV foi possível verificar que as dispersões aquosas, desenvolvidas através da polimerização in situ, apresentaram maior homogeneidade nos filmes. As medidas de impedância mostraram que as amostras com incorporação de 1% m de PANI apresentaram melhores propriedades anticorrosivas, provavelmente em função a falhas no efeito barreira produzido pelo revestimento com PANI 3% m, da baixa aderência à úmido e/ou a camada de óxidos férricos produzidos pela atuação eletroquímica da PANI contida no revestimento ou a carga de DBSA, que deve sensibilizar o filme. As dispersões aquosas desenvolvidas neste trabalho apresentam potencial de aplicação para uso em revestimentos contra a corrosão, evidenciados nos ensaios eletroquímicos, em que se recomenda a polimerização in situ como melhor método de obtenção, indicando maior estabilidade, condutividade elétrica e homogeneidade do filme de látex produzido.

Abstract: In this doctoral thesis, aqueous dispersions of conductive poly m(butyl-co-styrene acrylate) nanoparticles (PABS), with the same monomeric proportions and experimental conditions, but varying concentrations of polyaniline (PANI), were produced by in situ polymerization of aniline (ANI) in the presence of the PABS emulsion and by the physical mixture of PANI in the latex. The polymers were produced by the seeded and fed emulsion polymerization method at 80°C, under nitrogen atmosphere and using sodium persulfate as initiator. Initially, the most suitable conductive latex preparation method to stabilize PANI in aqueous dispersion was investigated. The obtained latices showed a narrow particle size distribution curve, with negative zeta potential (?) values and less than -25 mV, which indicate stable particles in dispersion due to the repulsion between particles caused by the high surface charge, which prevents formation of aggregates over time. Latices in the form of ?free? films obtained by in situ polymerization of aniline in the PABS emulsion and physical mixing of polyaniline in the latex showed electrical conductivity values of 5,9 x 10-3 S.cm-1 and 1,9 x 10-5 S.cm-1 for concentrations of 3% m PANI, respectively. The aqueous dispersions as they are were applied on sanded 1020 carbon steel to evaluate adhesion and anti-corrosion performance. The latices showed good dry adhesion, due to the glass transition temperature, which indicates that the latex developed has good film-forming properties, but with restrictions on wet adhesion performance that compromised the anticorrosive properties. The adhesion characteristics, electrochemical and thermal properties of the PABS mixture containing PANI were not impacted by the latex preparation method. In the micrographs of AFM and SEM it was possible to verify that the aqueous dispersions, developed through in situ polymerization, presented greater homogeneity in the films. The impedance measurements showed that the samples incorporating 1% m PANI showed better anticorrosive properties, probably due to failures in the barrier effect produced by the coating with PANI 3% m, the low adherence to wet conditions and/or the layer of oxides ferric compounds produced by the electrochemical action of the PANI contained in the coating or the DBSA charge, which should sensitize the film. The aqueous dispersions developed in this work have potential application for use in coatings against corrosion, evidenced in electrochemical tests, in which in situ polymerization is recommended as the best method of obtaining, indicating greater stability, electrical conductivity and homogeneity of the latex film produced.