Electrochemical Impedance Spectroscopy for Organic Coating Assessment

Abstract

Elektrokjemisk impedans spektroskopi (EIS) er en elektrokjemisk metode som har blitt brukt i flere tiår i forskning på maling. Malingsindustrien viser økt interesse for metoden, og den blir stadig tatt mer i bruk. Hensikten med denne oppgaven var å undersøke barriereegenskapene til maling med EIS. Det ble etablert et oppsett og en metode for å bruke EIS som en rutinemessig del av et testregime for maling. Det ble foretatt en studie av publisert arbeid for å fastslå sammenhengen mellom impedans og parametere på maling som påvirker katodisk avbinding. Ytre faktorer som påvirker katodisk avbinding ble også undersøkt, slik som temperatur, påført potensial og eksponering for elektrolytt.

Det ble utført eksperimenter på seks ulike malingssystemer. Malingsprøvene ble eksponert for en elektrolytt med påfølgende oppvarming og termisk sykling med påført katodisk potensial. EIS ble brukt til å måle impedans på malingene under eksperimentene. Det ble observert at impedans sank på alle malingene som en effekt av økt temperatur. Impedans på maling med høyere filmtykkelse var mindre påvirket av økt temperatur enn tilsvarende maling med lavere filmtykkelse. Impedans på en maling med høyere glass-transisjonstemperatur var mindre påvirket av økt temperatur, og viste reversibel impedans under termisk sykling. Det ble fastslått en sammenheng mellom høy impedans og motstand mot katodisk avbinding.

Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) is an electrochemical technique that has been used for decades in research. There are signs that the coatings industry is gaining interest in EIS, and the technique is becoming more widely utilized. The main objective of this thesis was to assess organic coating barrier properties and performance with the use of EIS. Further, a procedure for routinely usage of EIS as part of a test regime on organic coatings was developed. Previously published work was reviewed to determine the correlation between impedance and coating parameters that influence cathodic disbondment (CD). Also, external factors that influence CD on organic coatings like temperature, applied potential and electrolyte exposure was investigated.

Six organic coatings were exposed to an electrolyte and subjected to heating and thermal cycling with applied cathodic potential. EIS was used to measure the impedance of the coatings during the experiments. It was observed that the impedance of all coatings decreased as an effect of increase in temperature. Coatings with higher film thickness displayed less decrease in impedance as an effect of increase in temperature. The impedance of a coating with higher glass transition temperature (𝑇𝑔)-region was less affected by increase in temperature and total reversible impedance was observed in thermal cycling. A correlation between high impedance and resistance to CD was established.