聚苯胺防腐涂層的制備及其性能研究

沈吉++李甘

摘 要：闡述了聚苯胺防腐涂層的特性，對其制備方法及其具體應(yīng)用進(jìn)行了介紹與分析，希望能夠從理論層面上為聚苯胺防腐涂層的應(yīng)用與發(fā)展研究提供一點(diǎn)指導(dǎo)與支持。

關(guān)鍵詞：聚苯胺防腐涂層；制備；性能

一、引言

在環(huán)境因素的影響下，大部分金屬都會發(fā)生腐蝕問題，進(jìn)而給人們的生活帶來不同程度的干擾與影響。就經(jīng)濟(jì)這一層面而言，每年因?yàn)榻饘俜椩斐傻慕?jīng)濟(jì)損失就是一個(gè)龐大的數(shù)字。而為了有效地域金屬腐蝕問題，就可以采用涂層防護(hù)技術(shù)，其中聚苯胺防腐涂層具有較高的應(yīng)用價(jià)值，因此，針對聚苯胺防腐涂層的制備及其性能研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、聚苯胺防腐涂層的特性

1.導(dǎo)電性

與其他導(dǎo)電聚合物相比，聚苯胺的導(dǎo)電性特點(diǎn)非常突出。本征態(tài)聚苯胺具有很低的導(dǎo)電率，屬于絕緣體。而摻加了質(zhì)子酸之后，本征態(tài)聚苯胺就會向摻雜態(tài)聚苯胺轉(zhuǎn)化，其導(dǎo)電性也會得到顯著增強(qiáng)。當(dāng)然，在摻雜過程并沒有改變聚合物主鏈上的電子，僅僅是質(zhì)子與主鏈結(jié)合，摻雜陰離子向主鏈周邊運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電荷平衡。

2.溶解性

聚苯胺主鏈的共軛結(jié)構(gòu)對于載流子運(yùn)動(dòng)而言有著積極影響，能夠使導(dǎo)電功能得以實(shí)現(xiàn)。然而，這種結(jié)構(gòu)的主鏈呈現(xiàn)剛性，鏈之間的相互作用比較突出，因此難以溶解、熔化，加工處理難度較高。通常情況下，需要采取一些方法來使導(dǎo)電聚苯胺溶解性得到提升。例如在可溶于水的聚苯胺衍生物的制備中，可以將親水性基團(tuán)引入其中，進(jìn)而使聚苯胺的水溶性得到提升；又比如在膠束中實(shí)現(xiàn)聚苯胺均一溶液的合成也可以使其溶解性得到提升。

3.電致變色性

所謂的電致變色性，就是指外加偏電壓感應(yīng)改變了材料的光吸收或光散射特性。如果點(diǎn)位從+1.0V向-0.2V降低，那么這一過程就會改變聚苯胺顏色，從黑色到暗藍(lán)色，然后向綠色轉(zhuǎn)變，最后變成亮黃色。當(dāng)然，這種電化學(xué)活性與電致變色效應(yīng)是具有可逆性的。

三、聚苯胺防腐涂層的制備方法

1.電沉積

所謂的電沉積聚合，指的是將聚苯胺放置在酸性環(huán)境中，對電化學(xué)方法加以運(yùn)用，使苯胺單體發(fā)生沉積，形成一層聚苯胺涂層，并附著在金屬表面。在聚苯胺防腐層制備中，電沉積具有較強(qiáng)的實(shí)效性，并且對氧化劑沒有需求，這種方法具有較強(qiáng)的環(huán)保性。關(guān)于聚苯胺電化學(xué)沉積涂層表面形態(tài)與厚度控制，則涉及到多方面影響因素，例如電流、電勢、電沉積環(huán)境、掃描速率等等。

通常情況下，電沉積聚苯胺的流程主要包括四個(gè)，首先，通過苯胺單體質(zhì)子化，使其氧化形成自由基，并吸附在工作電極表面；其次，自由基向二聚體轉(zhuǎn)化；接著就是二聚體氧化結(jié)合，使低聚物聚苯胺得以形成，然后通過反映，使高聚物聚苯胺涂層得以形成；最后就是聚苯胺涂層生長，消耗完所有單體。從中不難發(fā)現(xiàn)，質(zhì)子是聚苯胺電化學(xué)過程的重要前提，在電化學(xué)制備中，質(zhì)子酸這一原料發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在電化學(xué)合成聚苯胺的過程中，可以選擇的質(zhì)子酸有很多種，例如草酸、磷酸、硫酸等等，在應(yīng)用實(shí)踐中，應(yīng)結(jié)合具體情況，合理選擇制備材料與方法。

2.簡單共混

在機(jī)械研磨之下，聚苯胺能夠與溶劑或具有較強(qiáng)粘結(jié)力的成膜涂料共混，并在金屬表面進(jìn)行涂覆，進(jìn)而形成防腐涂層。相關(guān)研究人員提出，可以將硫酸鉀作為氧化劑對聚苯胺進(jìn)行制備，然后氨水中放置制品，使本征態(tài)聚苯胺得以形成。之后將甲酸溶入到本征態(tài)聚苯胺與尼龍66中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聚苯胺涂層的制備。在制備過程中，這部分研究者發(fā)現(xiàn)在NaCl與HCl中，聚苯胺涂層的陽極保護(hù)作用十分突出。又比如有研究人員圍繞聚苯胺納米微粒復(fù)合材料的制備進(jìn)行研究，并在聚氨酯樹脂中混合納米級的聚苯胺微粒，使納米聚苯胺防腐涂層得以制備。

3.復(fù)合制備

關(guān)于復(fù)合涂層的制備與研究有很多。這種復(fù)合涂層其實(shí)就是復(fù)合了多層防腐涂層，每一層都會發(fā)生作用，使溶劑中聚苯胺分散性問題得到解決，并且具有良好的屏蔽介質(zhì)與防腐效果。相關(guān)研究人員對電化學(xué)法加以運(yùn)用，將聚苯胺單層防腐層與聚苯胺/聚呲咯雙層防腐層分別沉積在碳不銹鋼表面，并進(jìn)行對比研究，結(jié)果顯示，相較于單一的聚苯胺防腐層，復(fù)合涂層能夠?qū)w系向鈍化的發(fā)展提供引導(dǎo)，進(jìn)而其抗腐蝕作用也更強(qiáng)。

四、聚苯胺防腐涂層的實(shí)際應(yīng)用

1.石油儲罐防腐

石油儲罐各個(gè)部分由不同材料組成。這些材料如果發(fā)生接觸，那么就會導(dǎo)致儲罐表面有電位差形成。與此同時(shí)，由于石油儲罐中的油料含有電解質(zhì)，在電勢差作用下，儲罐表面就會發(fā)生電化學(xué)腐蝕。此時(shí)如果將防腐涂層涂覆在儲罐內(nèi)壁上，并將導(dǎo)電填料摻加其中，那么就可以使油罐上的電位差得到消除。通常情況下，在選擇導(dǎo)電材料時(shí)，人們大多會考慮無機(jī)小分子顆粒，然而有機(jī)高聚物在結(jié)構(gòu)上與其并不一致，如此一來就難以保證無機(jī)填料與高分子基體間的分散性，使穩(wěn)定的均相體系形成存在難度，進(jìn)而使涂層導(dǎo)電性降低，難以保障防腐效果。而選擇聚苯胺這種導(dǎo)電高分子材料，由于具有相似結(jié)構(gòu)與良好的相容性，因此涂層的就會更加穩(wěn)定，并且聚苯胺的導(dǎo)電性也可以將無機(jī)填料代替，在油罐防腐涂層中具有較強(qiáng)的適用性。

2.管道防腐

通過對涂層的利用，可以隔離開腐蝕介質(zhì)與管道，使管道腐蝕得以避免。對于石油管道、污水管道的防腐而言，采用聚苯胺涂料能夠取得比較理想的效果。根據(jù)德國Ormecon研制的CORRPASIVE4900在城市污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用分析，可知有分散的聚苯胺存在于底漆中，并用環(huán)氧樹脂作為面漆。

3.海洋防腐

對于一些海上設(shè)施，其使用的鋼鐵材料量非常龐大。然而海洋環(huán)境比較復(fù)雜，對鋼鐵產(chǎn)生的腐蝕作用很強(qiáng)。此時(shí)就可以選擇聚苯胺防腐涂層，通過特性使海洋中pH值降低，對海洋環(huán)境中吸附在鋼鐵表面的微生物進(jìn)行抑制，最終發(fā)揮防腐作用，同時(shí)也可以發(fā)揮防污功能。

總而言之，在鋼鐵腐蝕防護(hù)中，聚苯胺防腐涂層的適用性較強(qiáng)。當(dāng)然，作為相關(guān)研究人員，依然還需要針對現(xiàn)階段研究存在的不足，對聚苯胺防腐涂層的制備缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，進(jìn)一步改善其使用性能。

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