聚苯胺/水性醇酸树脂复合材料的制备及防腐性能

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:baiseshiren
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我们国家每年由于金属腐蚀花费的经费不少,所以寻求一个经济且有效的防腐方法是首当其冲。要保护金属不被外界环境腐蚀,可以在金属表面涂一层保护层,作为一个物理屏障来组织外界腐蚀性介质的侵入。通过许多研究者的努力,先后发现了往涂层中加无机填料、有机填料、防腐添加剂等方法,可是结果都不是很理想。近几年,人们发现聚苯胺在防腐性能方面有着比其他填料更大的优势,所以引起了许多研究者的注意。但是,它自身的结构却成了许多研究者头疼的问题,所以必须对其进行改性后使用,这样才能制备出性能优良的复合防腐涂料。本文通过将水性醇酸树脂(WAR)与聚苯胺(PANI)进行接枝来改善两者之间的相容性,促进PANI在WAR中的分散性。通过将PANI化学结合到WAR中,也改善了长期抗腐蚀性能。以本征态PANI、溴代烷烃、氢化钠(NaH)为原料,制备了N-烷基化PANI,并将改性的PANI与水性醇酸树脂进行复合制备了PANI/WAR环保型复合防腐涂料。具体内容如下:(1)以苯胺(An)和对苯二胺(PDA)作为单体的氧化共聚的方法来制备改性的PANI二聚体,然后将PANI与WAR进行接枝共聚得到聚苯胺接枝水性醇酸树脂(WAR-PANI)。通过FT-IR和TEM可以看出,PANI长链成功接枝到了醇酸树脂。极化和EIS结果表明WAR-PANI的防腐性能远高于聚苯胺共混水性醇酸树脂(WAR/PANI)和WAR。当甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)含量为2.67%时,WAR-PANI显示最佳性能。腐蚀密度降至9.66×10-11A·cm2,阻抗模量和涂层电阻分别增加到1.29×107和1.57×107A·cm2。WAR-PANI比WAR和WAR/PANI有更高的防腐蚀效果,是因为PANI与WAR上的环氧基之间的相互作用形成了一层致密的保护膜。通过对漆膜在3.5 wt%NaCl溶液中浸泡不同时间的SEM图片的分析,更加较直观的看出腐蚀前后复合涂料表面腐蚀情况的变化,WAR-PANI的表面形态与WAR和WAR/PANI相比腐蚀性小,而且当GMA含量为2.67%时效果最佳,进一步证明了WAR-PANI的防腐性能较好。(2)以本征态PANI、溴代烷烃(BrCnH2nBr)、氢化钠(NaH)为原料,制备了N-烷基化PANI,并对于PANI与BrCn H2nBr的质量比、反应时间、反应温度以及烷基链长对PANI改性的影响进行了讨论。由此得出改性PANI的最佳条件为溴代烷烃碳原子数为12,PANI与BrC12H24Br的质量比为1:2,反应的温度为40℃,反应的时间为16 h,此时聚合物性能最好。对聚合物的结构通过FT-IR、UV-Vis、XRD和EA进行表征发现PANI分子链中有烷基侧链的存在。通过对一溴代烷烃改性聚苯胺(PANI-BrC12H25)和二溴代烷烃改性聚苯胺(PANI-BrC12H24Br)在不同溶剂中的溶解性的研究表明一溴代十二烷改性聚苯胺(PANI-12Br(I))和二溴代十二烷改性聚苯胺(PANI-12Br(II))比PANI在有机溶剂中有良好的溶解性,而且PANI-12Br(II)比PANI-12Br(I)在有机溶剂中的溶解性要好。PANI-12Br(I)和PANI-12Br(II)比PANI的热稳定性差,而且PANI-12Br(II)比PANi-12Br(I)的热稳定性差,再次说明PANI-12Br(II)比PANI-12Br(I)的烷基化程度高。通过SEM表征改性前后PANI的结构。实验表明:烷基化后的PANI结构变得致密,PANI-12Br(II)比PANI-12Br(I)结构更为致密。(3)将溴代烷烃改性的PANI-12Br(I)、PANI-12Br(II)和WAR共混制得WAR/PANI-12Br(I)、WAR/PANI-12Br(II)复合乳液。对WAR、WAR/PANI-12Br(I)、WAR/PANI-12Br(II)复合涂层的性能进行了对比,并讨论了不同PANI-12Br(II)用量对WAR/PANI-12Br(II)复合涂层性能的影响。通过对WAR、WAR/PANI-12Br(I)、WAR/PANI-12Br(II)复合乳液稳定性分析,发现加入聚苯胺后醇酸树脂乳液分散稳定指数(TSI)值降低,表明乳液的稳定性得到改善,而且WAR/PANI-12Br(II)比WAR/PANI-12Br(I)稳定性要好。通过对WAR、WAR/PANI-12Br(I)、WAR/PANI-12Br(II)复合乳液胶膜吸水率的测试,结果表明PANI的存在导致水性醇酸树脂的吸水量大大降低,WAR/PANI-12Br(II)比WAR/PANI-12Br(I)有更好的耐水性。极化和EIS结果表明PANI的加入可以改善涂层的防腐性能,而且WAR/PANI-12Br(II)比WAR/PANI-12Br(I)有更高的阻抗(5.12×109Ω·cm2)、腐蚀电压(-0.290 V)和最低的腐蚀电流密度(9.55E-9 A·cm2),说明了WAR/PANI-12Br(II)比WAR/PANI-12Br(I)防腐效果好。通过对不同PANI-12Br(II)含量的WAR/PANI-12Br(II)复合乳液分散稳定指数(TSI)曲线,发现当PANI-12Br(II)含量为0.3%时乳液稳定性最好;通过对不同PANI-12Br(II)含量的WAR/PANI-12Br(II)胶膜的吸水率的分析,当PANI-12Br(II)含量为0.3%时,聚合物吸水率最低;通过对不同PANI-12Br(II)含量的WAR/PANI-12Br(II)涂层的力学性能和电化学性能分析,发现当PANI-12Br(II)含量为0.3%时,涂层的附着力最好,复合乳液的防腐效果最好,阻抗值达到了1.37×1011Ω·cm2。通过对不同腐蚀时间WAR/PANI-12Br(II)-0.3%的电化学的分析,更加较直观的看出腐蚀前后复合涂料腐蚀情况的变化,即使在浸泡了3.5 wt%NaCl溶液480 h之后,WAR/PANI-12Br(II)-0.3%的阻抗值依然很高(1.37×1010Ω·cm2)进一步证明了WAR/PANI-12Br(II)的防腐性能较好。
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