聚苯胺復(fù)合材料對金屬防腐性能綜述

（蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

金屬材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、機械性能以及優(yōu)良的可鑄造性，是現(xiàn)代社會最重要的結(jié)構(gòu)材料之一。然而，在自然環(huán)境和許多腐蝕介質(zhì)中，除少數(shù)貴金屬(如金、鉑等)外，絕大多數(shù)金屬都有自發(fā)腐蝕現(xiàn)象。對此，研究者不斷探索延緩或者防止腐蝕的材料。研究結(jié)果均證實，與普通防腐涂料相比，聚苯胺防腐涂料的性能更佳[1]。正因如此，在防腐涂料研發(fā)領(lǐng)域，聚苯胺防腐涂料在當(dāng)前仍然是研究熱點。本文從防腐機理、常見防腐材料性能等方面對聚苯胺復(fù)合材料對金屬的防腐性能加以綜述。

1 聚苯胺防腐機理

關(guān)于聚苯胺防腐機理，不同的研究人員的結(jié)論有差異，概括起來，包括如下集中觀點：①將聚苯胺材料覆蓋在金屬基體，會形成具有較高穩(wěn)定性的氧化膜，從而起到防腐效果；②在覆蓋聚苯胺材料后，隔絕了金屬基體和其他防腐誘發(fā)因素；③由于聚苯氨具有高導(dǎo)電性，會形成和金屬電子遞傳方向相逆的電場，緩解電子傳遞至氧化物的進程。

2 聚苯胺復(fù)合防腐材料性能

2.1 不同酸摻雜的聚苯胺防腐材料

在摻雜機制方面，聚苯胺是通過多種酸來對結(jié)構(gòu)進行改變，從而形成不同標(biāo)準(zhǔn)的防腐性能。在選擇酸時，須對分子質(zhì)量進行分析，分子質(zhì)量較大者較為適當(dāng)。比如，對甲苯磺酸等。Zhang等研究人員[2]在對聚苯胺進行摻雜處理時，采用的方法是，首先加入氫氟酸。然后，將材料與銅環(huán)氧樹脂共混。最后，以鎂合金作為觀察對象，將其置入3.5%NaCl溶液，對腐蝕過程進行記錄。結(jié)果表明，通過摻雜氫氟酸，在鎂合金材料上覆蓋聚苯材料后，耐腐蝕性能表現(xiàn)良好。

2.2 聚苯胺/金屬及其氧化物復(fù)合防腐涂料

利用金屬可以犧牲陽極的陰極作用，金屬氧化物所具備的分散和阻擋作用，將金屬及其氧化物與聚苯胺進行復(fù)合，可以加強聚苯胺的防腐蝕保護作用。Mostafaei等研究人員以低碳鋼作為觀察對象，將聚苯胺/氧化鋅納米復(fù)合材料覆蓋在其上，并將其置于60℃NaCl溶液，對腐蝕現(xiàn)象進行觀察和記錄。結(jié)果表明，在涂上聚苯胺/氧化鋅環(huán)氧涂層后，觀察對象的耐腐功能表現(xiàn)良好。這是因為，在覆蓋該復(fù)合材料后，能夠形成較好的阻隔效果，起到緩解腐蝕的作用。

2.3 聚苯胺/無機礦物復(fù)合防腐涂料

在聚苯胺中摻雜無機物質(zhì)，可以使復(fù)合材料在兼具二者性能的同時表現(xiàn)出更為出色的協(xié)同作用，從而有效地提高涂層的防腐性能。Navarchian等研究者以過硫酸銨為引發(fā)劑，原位聚合合成聚苯胺/黏土復(fù)合材料，并與環(huán)氧樹脂共混制得復(fù)合涂層涂覆碳鋼表面，在3.5%NaCl溶液中觀察碳鋼材料的腐蝕行為。結(jié)果顯示，相比環(huán)氧涂層和聚苯胺/環(huán)氧涂層，聚苯胺/黏土/環(huán)氧涂層對碳鋼材料具有較好的防腐蝕性能。Piromruen等等研究者在制作聚苯胺/MT納米復(fù)合防腐材料時，運用到硫酸銨這一物質(zhì)，后者發(fā)揮了引發(fā)劑作用。

2.4 聚苯胺/聚合物復(fù)合防腐涂料

現(xiàn)有研究成果已經(jīng)證實，如果所選擇聚合物具備較高催化活性，將其與聚苯胺共混，能夠?qū)⒎栏阅芴嵘礁邩?biāo)準(zhǔn)。王曉崗等采用原位聚合法合成了2-巰基苯并咪唑/聚苯胺復(fù)合材料，當(dāng)涂層中MBI/PANI為2%時，樣品腐蝕電流低至0.011mA/m2，樣品在1mol/L的鹽酸溶液中浸泡7d，緩蝕率仍高達84%。這是因為，在與腐蝕介質(zhì)接觸時，PANI會與Cl-發(fā)生吸附，同時MBI可吸附于金屬基體表面，阻礙電荷轉(zhuǎn)移，從而降低腐蝕速率。

李振柱等等研究者以不銹鋼為觀察對象，將聚苯胺/聚氨酯復(fù)合材料涂于其上，并對其腐蝕過程進行觀察和記錄。結(jié)果表明，該復(fù)合涂料可以改善觀察對象的防腐效果。如果可將聚氨酯和聚苯胺質(zhì)量比控制為14：1，可以達到最優(yōu)防腐效果。

2.5 其它聚苯胺復(fù)合防腐材料

除上述幾類復(fù)合防腐材料，材料研究領(lǐng)域還對納米微粒復(fù)合材料的防腐性能進行實驗分析。大量實驗結(jié)果表明，如果能夠?qū)崿F(xiàn)聚苯胺/納米類復(fù)合材料制備，可以將涂層的防腐性能予以顯著改善。

Karpakam等在草酸溶液中電化學(xué)聚合合成了聚苯胺/納米氧化鈦復(fù)合材料，并在1%NaCl溶液中觀察涂覆聚苯胺/納米TiO2涂層碳鋼的腐蝕行為。電化學(xué)阻抗譜和極化曲線測試結(jié)果顯示，相比純的聚苯胺涂料，聚苯胺/納米TiO2復(fù)合涂層對碳鋼具有較好的耐蝕性能，納米TiO2的加入，使得聚苯胺涂層更為致密。Ashassi等研究人員以低碳鋼為觀察對象，在3.5%NaCl溶液中，對聚苯胺/納米金剛石涂層的防腐性能進行觀察。結(jié)果表明，在加入納米金剛石后，由于可以進一步壓縮空隙率，使得涂層具備更理想的防腐性能。

3 結(jié)論與展望

通過以上綜述可知，與單一聚苯胺涂層材料相比較，加入其它材料所形成的聚苯胺復(fù)合材料具備更理想的防腐性能。在當(dāng)前的聚苯胺材料研究領(lǐng)域，解決了改性、復(fù)合等層面等諸多難題，使得該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用空間均較大。然而，在未來研究中，需要對如下幾方面的問題進行深入探索：

①材料研究領(lǐng)域中，要繼續(xù)對聚苯胺及其復(fù)合材料的研究視角進行細化，從而推動更加完善的理論架構(gòu)的構(gòu)建。②對于聚苯胺材料而言，本身屬于高分子材料范疇。在研究時，要細化對該類材料的電、磁、光等層面性能的實驗分析。在此基礎(chǔ)上，進一步豐富其運用功能。比如，對該類材料的電磁輻射屏蔽性能進行實驗，并將研究結(jié)果應(yīng)用到鋼筋混凝土自修復(fù)、接地網(wǎng)防護、電子設(shè)備隱身等領(lǐng)域內(nèi)。③在實際運用防腐材料時，所面臨環(huán)境更加復(fù)雜，腐蝕因素更多，而且可控性更低，因此，對PANI防腐涂料的性能進行實驗時，要引入更多環(huán)境參數(shù)。比如，設(shè)置更加復(fù)雜的PH值、溫度等。④由于聚苯胺自身結(jié)構(gòu)十分多樣，在研發(fā)制作復(fù)合防腐材料時，除本文所綜述的內(nèi)容外，還可以將碳纖維、石墨烯等摻入。在復(fù)合實驗中，要重視對分散性、溶解度等指標(biāo)進行詳細觀察，并進一步分析聚苯胺涂層性能是否得到有效改善，以及在何種制備條件下達到最優(yōu)性能。另外，可進一步對復(fù)合材料加以改善，比如，賦予或者增加其自修復(fù)等方面的性能。