聚苯胺防腐涂层的制备及其性能研究

发布时间：2017-09-02 22:21

  本文关键词：聚苯胺防腐涂层的制备及其性能研究

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【摘要】：金属及其合金很容易被环境腐蚀,由于金属腐蚀所带来的问题影响着人类生活的方方面面。单从经济的角度来说,每年金属腐蚀都会造成巨大的经济损失。涂层防护是目前为止最有效的抵御金属腐蚀的方法。聚苯胺是一种导电高分子材料。聚苯胺含有两种形态,氧化态和还原态。其中氧化态聚苯胺能导电,而还原态则是绝缘体。在合适的条件下,聚苯胺能很容易地在两种形态间转变。金属表面发生腐蚀反应后,聚苯胺发生氧化还原反应,最终使得导电聚合物中的掺杂离子释放到裸露的金属表面,和金属离子发生反应产生抑制层。而且,聚苯胺还有类似六价铬的功能。当氧气在聚苯胺涂层中还原时,原本的金属的氧化反应转移到导电聚合物涂层中。这就使得聚苯胺转变成氧化态。这也能使得金属能稳定处于钝化态。虽然聚苯胺有以上诸多好处,但是由于其还存在一定缺陷,暂时还不能达到工业运用水平,其防腐蚀性能有待提高。本文首先从提高聚苯胺涂层自身防腐蚀性能角度出发,通过解掺杂-再掺杂的工艺成功制备出电沉积磷钼酸掺杂导电聚苯胺涂层。针对电沉积聚苯胺涂层表面多孔结构,使用水性环氧树脂基底,制备聚苯胺-二氧化硅复合水性环氧防腐涂层。最后针对水性环氧树脂基底条件下聚苯胺钝化作用不明显的问题,在一定条件下利用聚苯胺与不锈钢导电性能差异在电沉积聚苯胺涂层内沉积一层氢氧化镍,成功制备出电沉积聚苯胺-氢氧化镍复合防腐涂层。获得以下主要结论：(1)通过循环伏安测试,FTIR红外测试,EDX能谱测试,我们验证了解掺杂-再掺杂过程中的磷酸根离子的脱除与磷钼酸根离子的再掺杂过程。(2)磷钼酸再掺杂聚苯胺涂层的防腐蚀性能较好,具体表现在,与磷酸掺杂聚苯胺涂层与磷酸再掺杂聚苯胺涂层相比其腐蚀电位最高；腐蚀电流最低,其Rt值最高达到1999Ωcm2。(3)我们观察到磷钼酸再掺杂聚苯胺涂层中含有的孔洞数目小于磷酸掺杂聚苯胺涂层。这是由于解掺杂-再掺杂过程中,有一些氧化物质在金属表面产生填隙了这些孔洞。此外,磷钼酸还促进这些氧化物质的形成并在金属表面形成一层氧化层,对金属起到钝化防腐的作用。(4)含有复合填料的水性环氧涂层腐蚀电位最高,为-36.87mV；腐蚀电流最低,为0.9250 μ A/cm2,防腐蚀效率最高。(5)经过长时间浸泡,含有复合填料的水性环氧涂层、不含填料的水性环氧涂层和含无机填料的水性环氧涂层的涂层电阻Rc值都呈现先有所上升,而后有所下降趋势。表面最终都出现涂层的脱落现象。但含有复合填料的水性环氧涂层在腐蚀介质中的破坏最小。含有复合填料的水性环氧涂层具有催化金属产生钝化的效果。而且,聚苯胺中含有的平衡离子还能与金属离子作用形成不溶物,阻隔腐蚀介质的侵入。(6)通过XRD和高分辨TEM及热分析测试综合分析,我们确定在聚苯胺内部有氢氧化镍生成；根据SEM图像及孔隙的统计,我们发现聚苯胺中的氢氧化镍可以有效填隙电沉积聚苯胺涂层中的孔洞。(7)动电位极化曲线中,聚苯胺-氢氧化镍复合涂层的腐蚀电位和腐蚀电流分别为-37.71mV和2.0061 μ A/cm2。与聚苯胺涂层相比,其腐蚀电位较高,腐蚀电流较低。在电化学阻抗测试中,聚苯胺-氢氧化镍复合涂层的阻抗值比聚苯胺涂层高,其Rc值为715Ωcm2,这一数值约为聚苯胺涂层Rc值的两倍。(8)三种聚苯胺涂层各有优缺点,性能仍有提高空间：磷钼酸掺杂聚苯胺涂层能应用于质子膜燃料电池环境中,但由于其表面的孔隙率过高,与金属的附着力不够,而不适用于3.5w%氯化钠海水溶液中：聚苯胺-二氧化硅复合水性环氧防腐涂层的附着力较高,但其所使用的水性环氧树脂耐酸性能不佳,且电导率较低,只能适用于3.5w%氯化钠海水溶液中,不能应用于质子膜燃料电池环境中；聚苯胺-氢氧化镍复合涂层能改善磷钼酸掺杂聚苯胺涂层的多孔结构,但由于所填隙的材料为氢氧化物,使得涂层不能应用于质子膜燃料电池环境中。
【关键词】：聚苯胺 防腐蚀 再掺杂 水性环氧树脂 氢氧化镍
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 腐蚀反应12-14
• 1.2 腐蚀热力学及防腐蚀方法14-15
• 1.3 涂层防护15-19
• 1.3.1 富锌漆15-16
• 1.3.2 防渗隔离涂层16
• 1.3.3 抑制涂层16-17
• 1.3.4 导电聚合物涂层17-19
• 1.4 聚苯胺防腐蚀涂层19-28
• 1.4.1 聚苯胺的结构19
• 1.4.2 聚苯胺的特性19-21
• 1.4.3 聚苯胺的合成21-22
• 1.4.4 聚苯胺防腐蚀机理22-24
• 1.4.5 聚苯胺防腐蚀涂层制备方式24-26
• 1.4.6 聚苯胺防腐蚀涂层的应用26-28
• 1.5 本论文研究思路和内容28-29
• 第二章 电沉积磷钼酸掺杂导电聚苯胺涂层29-44
• 2.1 实验方法30-31
• 2.1.1 实验原料30
• 2.1.2 涂层的制备30-31
• 2.1.3 微观及性能测试31
• 2.2 结果与讨论31-42
• 2.2.1 电聚合31-33
• 2.2.2 解掺杂与再掺杂过程33-35
• 2.2.3 表面形貌35-36
• 2.2.4 开路电位测试36
• 2.2.5 动电位极化曲线测试36-37
• 2.2.6 阻抗测试37-42
• 2.2.7 防腐蚀机理42
• 2.3 本章小结42-44
• 第三章 聚苯胺-二氧化硅复合水性环氧防腐涂层44-57
• 3.1 实验方法44-47
• 3.1.1 实验原料44-45
• 3.1.2 复合填料的制备45
• 3.1.3 水性涂料的制备及涂覆45-46
• 3.1.4 填料及涂层试样的表征46-47
• 3.2 结果与讨论47-56
• 3.2.1 复合填料分析47-49
• 3.2.2 电化学动电位极化曲线49-50
• 3.2.3 阻抗测试50-52
• 3.2.4 长期浸泡分析52-56
• 3.3 本章小结56-57
• 第四章 电沉积聚苯胺-氢氧化镍复合防腐涂层57-70
• 4.1 实验方法57-59
• 4.1.1 实验原料57-58
• 4.1.2 涂层的制备58-59
• 4.1.3 结构表征及性能测试59
• 4.2 结果与讨论59-69
• 4.2.1 氢氧化镍的电沉积过程59-60
• 4.2.2 XRD及高分辨TEM分析60-62
• 4.2.3 涂层表面形貌62-63
• 4.2.4 开路电位分析63-64
• 4.2.5 动电位极化曲线分析64-65
• 4.2.6 阻抗分析65-67
• 4.2.7 长期浸泡测试67-68
• 4.2.8 复合涂层机理讨论68-69
• 4.3 本章小结69-70
• 第五章 结论与展望70-72
• 5.1 结论70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-83
• 硕士期间发表论文与研究成果83-84
• 致谢84-85

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本文编号：781222