Studio della lignina nel campo dei trattamenti superficiali di substrati metallici

Corrosion protection of metals is a very important problem and has a significant impact on the economic balance of a country. Protective coatings, like chromate coatings, represent one of the typical approaches used to overcome these problems. However, because of toxicity of Cr(VI), the use of chromate coatings is nowadays strongly limited and alternatives are needed. In this work, innovative and sustainable lignin-based protective coatings for aluminium alloys are realized. Lignin is one of the components of lignocellulosic biomass and is largely and economically available because it is a refuse of paper industry. Different kinds of lignins are compared, in particular alkaline lignin (LKA) and the THF-soluble fraction of Indulin AT lignin (LKInd(THF)). The use of organosilanes as adhesion promoters is analyzed, both by silanization of metal panels, and by silanization of lignin. This leads to the synthesis of silanized lignin (LKsi). The use of TEOS as a reticulating agent for LKsi is also studied. The materials prepared are characterized through FT-IR analysis, DSC measurements and thermogravimetric analysis. Dip coating and spin coating techniques are used to realize the coatings. Pull-off tests allow to evaluate both metal-coating adhesion and coating-industrial top-coat adhesion. Samples containing LKsi and 5% of TEOS show the best performance. Anticorrosion properties are evaluated through potentiodynamic measurements. Corrosion limit current density is reduced of 2-3 order of magnitude by several lignin-based coatings. The best results are obtained for samples having 5% of TEOS. For these reasons, sustainable lignin-based coatings show very good properties both as primers and as anticorrosive coatings, and can easily be applied to industrial coil coating processes of aluminium alloys.

I problemi di prevenzione e protezione dei metalli dai fenomeni corrosivi sono assai vasti e rilevanti, tanto da incidere significativamente nel bilancio economico di un Paese. Tra gli approcci principali con cui si affrontano tali problematiche, si ricorda l’uso di coating protettivi come, ad esempio, i coating cromati, estremamente efficaci e per questo largamente utilizzati in passato. Essendo il Cr(VI) tossico, tuttavia, il loro impiego è ora severamente controllato e la ricerca scientifica si è attivata per proporre delle alternative. Il presente lavoro si inserisce in questo contesto, analizzando il problema dal punto di vista della sostenibilità ambientale. Si vuole mostrare come la lignina, componente della biomassa lignocellulosica e largamente disponibile a basso prezzo perché scarto dell’industria della carta, possa essere utilizzata per realizzare coating anticorrosivi per alluminio applicabili nei processi di coil coating. Vengono confrontate diverse lignine, in particolare una lignina alcalina idrosolubile (LKA) e la frazione THF-solubile della lignina Indulin AT (LKInd(THF)). Viene inoltre indagata la possibilità di utilizzare organosilani come promotori dell’adesione lignina-metallo, sia silanizzando l’alluminio sia silanizzando la LKInd(THF) con IPTMS, andando a sintetizzare un nuovo tipo di lignina, definita silanizzata (LKsi). Si valuta inoltre la possibilità di migliorare le prestazioni di quest’ultima tramite aggiunta di TEOS come reticolante. I materiali formulati, caratterizzati tramite analisi FT-IR, misure di DSC e di TGA, vengono deposti per dip coating o spin coating. Le prove di pull-off, indicano che i coating contenenti il 5% TEOS possiedono buone capacità di aderire all’alluminio e a top-coat industriali. Le analisi potenziodinamiche mostrano invece la capacità di diverse formulazioni di proteggere l’alluminio dai fenomeni corrosivi, riducendo la densità di corrente che lo attraversa di 2-3 ordini di grandezza. Anche in questo caso i substrati con il 5% di TEOS si rivelano i più performanti. I coating a base di lignina si rivelano dunque efficaci sia come primer sia come anticorrosivi sostenibili, applicabili industrialmente ai processi di coil coating dell’alluminio.