چکیده

پلیمرهای رسانای ذاتی که با گرفتن و از دست دادن الکترون از محیط اطراف میتوانند دستخوش واکنشهای اکسایش-کاهش شوند پتانسیل بالایی در پوششهای آلی برای کاربردهای محافظ خوردگی را دارا میباشند. در میان پلیمرهای رسانای مختلف، پلی آنیلین با رسانایی الکترونی و پروتونی قابل تنظیم به شکلهای مختلف به عنوان پوشش محافظ خوردگی برای فلزات دارای ترکیبات آهنی و غیر آهنی مختلف استفاده شده است.
در این مقاله، پیشرفتها و دستاوردهای جدید در فهم مکانیزمهای پوششهای محافظ پلیآنیلین را بررسی میکنیم و بر روی استفاده از پلیآنیلین به عنوان یک پوشش هوشمند انتشار کنترل شده بازدارنده تمرکز میکنیم. اثر آنیونی دوپینگ در ماتریس پوشش پلیآنیلین بحث شده و در عملکرد محافظ خوردگی پلیمرهای رسانای ذاتی سنجیده شده است.

کلمات کلیدی

پلیمرهای رسانای ذاتی، پلی آنیلین، انتشار کنترل شده بازدارنده، یونهای دوپینگ

-۱ مقدمه

پلیمرهای رسانای ذاتی در سال ۱۹۷۶ توسط هیگر، مکدیارمید و شیراکاوا کشف شدند و برای آن در سال ۲۰۰۰ میلادی جایزه نوبل در شیمی را دریافت کردند.[۱] یکی از مشخصههای یکتای پلیمرهای رسانا، توانایی آن ها در واکنشهای اکسایش-کاهش با گرفتن یا از دست دادن الکترون از محیط اطراف است. به خاطر این ویژگی جالب، این پلیمرها به عنوان پوشش های ضدخوردگی برای فلزات و آلیاژهای مختلف پیشنهاد شدهاند.[۲-۳] دبری در معرفی پوششهای پلیآنیلین برای فولاد ضدزنگ پیش قدم بود. وی گزارش کرده بود که فولاد پوشش داده شده با پلیآنیلین برای یک دوره زمانی نسبتا طولانی در محلول سولفوریک اسید در حالت غیرفعال باقی ماند.[۴] بعدها، وسلینگ اشاره کرد که پوششهای پلیآنیلین و پلیپیرول ویژگیهای خود درمانگر دارند، که بین لایه فلز و پلیمررسانا، یک لایه اکسید

×

غیرفعال میتواند به طور خود به خودی در محل ناقص و معیوب با قابلیت اکسایشی پلیمررسانا به وجود آید.[۵]

همانند کرومات، پلیمرهای رسانا ردوکس(اکسایش-کاهش) فعال هستند و پتانسیل تعادل مثبتتری نسبت به فلزات استفاده شده دارند که آنها میتوانند حفاظت آندی را فراهم کنند. به هر حال، پتانسیل احیای واقعی پلیمرهای رسانا به عوامل متعددی همچون نوع دوپانت، درجه دوپینگ و الکترولیت بستگی دارد.

-۲ پلیآنیلین((PANI

در میان پلیمرهای رسانای ذاتی، پلیآنیلین به خاطر هزینه تولید پایین، پایداری مکانیکی و محیطی و رسانایی قابل تنظیم توجه زیادی را به خود جلب کرده است. پلیآنیلین میتواند با سه ساختار قابل تبدیل نشان داده شود، فرم اکسایش یافته(لکوامرالدین)، فرم کاهش یافته(پرنیگرآنیلین) و امرالدین باز

که در شکل۱نشان داده شدهاند. مفیدترین ساختار، امرالدین باز نارسانا است که میتواند با وارد کردن اسید به نمک امرالدین رسانا تبدیل شود به واسطه فرایندی که دوپینگ نامیده میشود.

شکل : ۱ ساختارهای قابل تبدیل پلیآنیلین: y=0/5 (امرالدین باز)،)y=0پرنیگرآنیلین)، y=1 (لکوامرالدین باز)

رسانایی با افزایش درجه دوپینگ، افزایش مییابد. پلیآنیلین در فرمهای نمک امرالدین رسانا و باز امرالدین نارسانا به عنوان پوشش ضدخوردگی برای فلزات و آلیاژهای دارای ترکیبات آهنی و غیرآهنی شامل آهن، فولاد، فولادضدزنگ، آلومینیوم، آلیاژهای آلومینیوم، مس، روی، تیتانیوم و منیزیم استفاده شده است.[۶-۷]

-۳ پلیآنیلین بهعنوان پلیمر ضد خوردگی

به طور کلی، کنترل خوردگی میتواند به سه روش حاصل شود که عبارتند از:

(۱ مهیا کردن شرایط برای سطح فلز[۸] (۲ بهبود شرایط محیط خورنده اطراف[۹] (۳ کنترل الکتروشیمیایی[۱۰]

دو راهکاری که برای محافظت سطح فلز استفاده شده هم آلیاژکردن فلز و هم با استفاده از پوششهای آلی/غیرآلی مناسب میباشد. در حضور محیط خورنده، بازدارنده خوردگی مناسب میتواند به کار برده شود تا میزان واکنشهای آندی

æ یا کاتدی کاهش یابد.کنترل الکتروشیمیایی میتواند با جریان کاتدی یا آندی گذرنده در فلز یا با استفاده از آندهای فداشونده همچون روی، آلومینیوم

æ منیزیم انجام شود.

مکانیزمهای مختلف حفاظت خوردگی با استفاده از پلیآنیلین در شکل ۲ آورده شدهاند که حافظت کاتدی، حفاظت آندی، حفاظت مانع (پوششها) و بازدارندههای خوردگی را شامل میشود.[۷] به هرحال مکانیزم حفاظت خوردگی توسط پلیمرهای رسانا پیچیده است و به طور معمول، بیش از یک مکانیزم برای آن میتواند مشخص شود.

اخیرا، مهندسی مواد نانوساختار امکان مهندسی طبقه جدیدی از پوشش های هوشمند با ویژگیهای خود درمانگر را به وجود آورده است.[۱۱] پوششهای هوشمند مهندسی شدند تا مقاومت زیادی را نسبت به خوردگی فراهم کنند، زمانی که پوشش شکاف پیداکند یا هنگامی که سیگنال کنترل الکتریکی یا مکانیکی پوشش اعمال شود. فیلمهای پلیمر رسانای ذاتی حاوی دوپانتهای بازدارنده ذخیره شده(ضدآنیونها)، قادر هستند که این آنیونها را آزاد کنند هنگامی که بازدارندگی خوردگی ضروری است.[۱۲]