Authors:	Nabih, Nermeen
Title:	Hybrid inorganic-polymer coatings prepared via miniemulsion process
Online publication date:	2-Nov-2011
Year of first publication:	2011
Language:	english
Abstract:	A synthetic route was designed for the incorporation of inorganic materials within water-based miniemulsions with a complex and adjustable polymer composition. This involved co-homogenization of two inverse miniemulsions constituting precursors of the desired inorganic salt dispersed within a polymerizable continuous phase, followed by transfer to a direct miniemulsion via addition to an o/w surfactant solution with subsequent homogenization and radical polymerization. To our knowledge, this is the first work done where a polymerizable continuous phase has been used in an inverse (mini)emulsion formation followed by transfer to a direct miniemulsion, followed by polymerization, so that the result is a water-based dispersion. The versatility of the process was demonstrated by the synthesis of different inorganic pigments, but also the use of unconventional mixture of vinylic monomers and epoxy resin as the polymerizable phase (unconventional as a miniemulsion continuous phase but typical combination for coating applications). Zinc phosphate, calcium carbonate and barium sulfate were all successfully incorporated in the polymer-epoxy matrix. The choice of the system was based on a typical functional coatings system, but is not limited to. This system can be extended to incorporate various inorganic and further materials as long as the starting materials are water-soluble or hydrophilic. rnThe hybrid zinc phosphate – polymer water-based miniemulsion prepared by the above route was then applied to steel panels using autodeposition process. This is considered the first autodeposition coatings process to be carried out from a miniemulsion system containing zinc phosphate particles. Those steel panels were then tested for corrosion protection using salt spray tests. Those corrosion tests showed that the hybrid particles can protect substrate from corrosion and even improve corrosion protection, compared to a control sample where corrosion protection was performed at a separate step. Last but not least, it is suggested that corrosion protection mechanism is related to zinc phosphate mobility across the coatings film, which was proven using electron microscopy techniques. Eine neuartige synthetische Route zur Einlagerung von anorganischen Materialien in wässrige Miniemulsionen einer komplexen und variablen polymeren Zusammensetzung wurde entwickelt. Das Synthesekonzept basiert auf der Co-Homogenisierung zweier inverser Miniemulsionen, welche die Vorstufen der gewünschten anorganischen Pigmente als wässrige Lösungen, dispergiert in einer polymerisierbaren kontinuierlichen Phase enthalten. Durch die Addition einer wässrigen Lösung eines o/w Tensids und nachfolgender Homogenisierung wurde im nächsten Schritt die Bildung einer direkten Miniemulsion - welche die inverse Miniemulsion als disperse Phase enthält - induziert. Die freie radikalische Polymerisation der so gebildeten Monomertropfen resultierte in einer wässrigen Dispersion polymerer Hybrid-Nanopartikel. Diese Methode wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmals beschrieben und zeichnet sich durch eine besondere Vielseitigkeit bezüglich der verwendbareren anorganischen Pigmente und der polymerisierbaren Komponenten aus. Es konnte gezeigt werden, dass sich Zinkphosphat, Calciumcarbonat und Bariumsulfat erfolgreich in Polymer-Epoxy Matrices einbetten ließen. Hierbei stellt die Verwendung der Mischung aus Vinylmonomeren und Epoxyharz (etabliert in Beschichtung-Anwendungen) als kontinuierliche Phase in der inversen Miniemulsion ein neuartiges Konzept dar. Das untersuchte System basiert auf einer typischen, etablierten Materialkombination, welche in der Beschichtungsindustrie Anwendung findet. Darüberhinaus lässt sich jedoch das hier entwickelte Verfahren zur Einbettung von speziellen Materialien in polymere Matrices auf eine Vielzahl von (anorganischen) Komponenten erweitern. Die einzige Voraussetzung hierbei ist die Wasserlöslichkeit der entsprechenden Vorstufen. rnDie synthetisierten wässrigen Dispersionen der Hybrid-Nanopartikel aus Zinkphosphat in einer polymeren Matrix wurden in weiteren Untersuchungen dazu verwendet Probenkörper aus Stahl zu beschichten. Hierzu wurde in Analogie zu industriellen Beschichtungsverfahren, der sogenannte autodeposition Prozess verwendet. Hierbei stellt die Verwendung einer wässrigen Dispersion polymerer Partikel, welche eingebettete Zinkphosphat-Pigmente beinhalten, eine Neuerung dar. rnDie beschichteten Stahlplatten wurden bezüglich ihrer Korrosionsbeständigkeit mittels eines Salz-Sprüh Verfahrens untersucht. Diese Untersuchungen zeigten, dass die Beschichtungen mit den neuartigen Hybrid-Nanopartikeln die Korrosion erfolgreich reduzieren konnten. Im Vergleich zu etablierten Verfahren, welche auf einer Einlagerung von Zinkphosphat vor dem Aufbringen einer polymeren Schicht basieren, zeigten die untersuchten Proben eine bessere Korrosionsbeständigkeit. Anhand von rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass der zugrundeliegende Mechanismus auf einer Diffusion des Zinkphosphats durch den polymeren Film in Richtung des Stahlkörpers basiert.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2096
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-29101
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	152 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen