導電聚苯胺膜的合成及其腐蝕防護性能的研究

柳中燕?熊夢元?吉學兵

摘要：本文以苯胺為原料，利用電化學法在不銹鋼表面上合成聚苯胺膜，以此為實驗模板進行實驗研究，聚苯胺由于對金屬具有鈍化和修復功能，在金屬腐蝕防護領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

關(guān)鍵詞：導電聚苯胺;電化學法;耐腐蝕

1引言

20世紀以來，中國鋼鐵的需求量很大，越來越多的鋼鐵被腐蝕，這種狀況不僅會造成經(jīng)濟損失，還會阻礙科技的發(fā)展。鋼鐵防護技術(shù)已經(jīng)成為急需待解決的問題，金屬的防腐蝕技術(shù)可分為三大類：金屬的陽極保護、陰極保護以及金屬表面的非金屬涂裝保護。[1]隨著導電高分子學科的迅速發(fā)展，聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等導電高分子相繼被發(fā)現(xiàn)，聚苯胺由于對金屬具有鈍化和修復功能，在

金屬腐蝕防護領(lǐng)域具有廣闊的應用前景，在國內(nèi)外引起廣泛關(guān)注。

2導電聚苯胺

結(jié)構(gòu)：經(jīng)過長時間的探索，MacDiarmid等人據(jù)此修正之前的模型，概括出了聚苯胺結(jié)構(gòu)（如圖一）。[2]

圖一

溶解性：聚苯胺由于其鏈剛性和鏈間強相互作用，使它的溶解性很差，在大

部分常用的有機溶劑中幾乎不溶，僅部分溶于N，N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮。

導電性：聚苯胺的導電性受pH值和溫度影響較大，當pH>4時，電導率與pH無關(guān)，呈絕緣體性質(zhì);當2

3導電聚苯胺膜的制備

電化學法制備聚苯胺是在含苯胺的電解質(zhì)溶液中，選擇適當?shù)碾娀瘜W條件，使苯胺在陽極上發(fā)生氧化還原反應，生成黏附于電極表面的聚苯胺薄膜或沉積 在電極表面的聚苯胺粉末。電化學合成的聚苯胺由電極電位來控制氧化程度，合成的聚苯胺的電導率與電極、電位和溶液 pH 都有很大的關(guān)系。[4]

采用循環(huán)伏安法，在316L不銹鋼表面合成導電聚苯胺膜，在酸性腐蝕環(huán)境下，采用極化曲線和電化學阻抗譜等電化學技術(shù)。

4腐蝕性能研究

聚苯胺防腐的主要原因是能和金屬形成化合物。由于研究的介質(zhì)和試驗條件的不同及制備膜層性能的不同聚苯胺的存在使得金屬和聚苯胺膜界面處形成一層致密的金屬氧化膜，使該金屬的電極電位處于鈍化區(qū)而得到保護。Jain 等[5]從金屬與聚苯胺的界面入手，認為兩者的界面會產(chǎn)生一個電場，該電場的方向與電子傳遞方向相反，阻礙電子從金屬向氧化物質(zhì)的傳遞，相當于電子傳遞的屏障作用。

將具有聚苯胺涂層的 A1， A2 兩種不銹鋼分別放置在濃度為 0 .2 ?mol / L 的 HCI 溶液 ， 0.2 mol / L H2SO4 溶液中進行腐蝕實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在鹽酸溶液 中 的 A1和 A2 的開路電壓呈現(xiàn)出較大的波動性，且無規(guī)則可尋。這一結(jié)果說明，鈍化性膜在酸性有Cl-的溶液中，由于Cl-有較強的穿透性，當它通過導電聚苯胺膜遷移到不銹鋼鈍化膜表面時，會不時的擊穿鈍化膜，使之電極電位降低。[6]

5未來展望

導電聚苯胺作為導電高分子是最具有潛力的，得到人們很大的關(guān)注，它可以地提高了油脂、冷卻液及金屬切削液的防護性能，對開發(fā)其它防腐材料具有極大的促進作用;改進了保養(yǎng)汽車工藝手段、提高了車輛保養(yǎng)質(zhì)量和效率及降低工作強度。解決了高溫和高濕地區(qū)車輛防護與保養(yǎng)的問題，[7]會產(chǎn)生極大的經(jīng)濟效益，推動著電化學的發(fā)展。

參考文獻：

[1]李星瑋，居明，李曉宣.用于腐蝕與防護的導電聚苯胺研究新進展.材料導報.2001

[2]王敏，王瑋，賀本林，孫明亮，尹衍升，劉蘭，鄒武元，徐雪菲.恒電位法制備聚苯胺/TiO-2復合膜耐海水腐蝕性能研究[會議].2009中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集，2009.

[3]高魁.全固態(tài)導電聚苯胺電解電容器的研究.2007

[4]宋桂賢，吳雄崗.聚苯胺的合成及應用研究進展.2008

[5]Jain F C， Rosato J J， KaloniaK S， et al. Formation of an active electronicbarrier at Al/semiconductor interfaces： a novel approach in corrosion prevention [J]. Corrosion， 1986， 42（12）： 700-707.

[6]李星瑋，居明，李曉宣.用于腐蝕與防護的導電聚苯胺研究新進展.材料導報.2001

[7]孔德新，張昕，姜海，趙新明.對導電聚苯胺防腐材料的研究.企業(yè)導報.2012