聚苯胺复合防腐蚀助剂的制备与环氧涂层性能研究

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金属的腐蚀是自然界常见的现象,也会给人类的生产和生活带来极大的损失。故而采取有效的措施防护金属腐蚀十分必要。在各类金属腐蚀的保护措施中,对金属进行防腐蚀涂料的涂装是最直接、最有效的方法之一。在防腐涂料领域,添加了各种防腐蚀助剂的环氧(Epoxy)基涂料一直是最常用的种类,广泛应用于各种严重腐蚀环境中钢铁建筑物的防腐涂装中。随着技术的进步和产业的革新,防腐涂料经历了从含铅、锌类等重金属作为防锈组分,到采用偏硼酸钡等无机盐的无毒型品种,到目前引起国内外广泛关注的聚苯胺(Polyaniline,PANI)防腐蚀涂料品种三个阶段,并逐渐地向环保、功能化、高性能、低添加等方向迈进。由于PANI不溶、不熔,加工困难,成本较高且与环氧的相容性较差,因此不适于直接进行添加。研究人员遂提出将PANI与其他有机、无机材料复合成PANI复合材料,作为PANI复合防腐蚀助剂进行添加,解决上述一系列问题。本文在前人工作的基础上,提出利用水热改性的有机蒙脱土(OMMT)、单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)微球及石墨烯纳米微片(GNPs)分别与PANI进行复合得到三种PANI复合材料,再分别将三者与环氧涂料进行结合,制备PANI-环氧复合防腐涂料。同时,实现PANI复合材料制备方法论的完善及PANI防腐涂料性能的提升。具体研究工作如下:  (1)采用水热法改性OMMT,利用二水合磺基水杨酸(SSA)分别与盐酸(HCl)和硫酸(H2SO4)按一定比例复配为混合酸作为苯胺(An)聚合的掺杂酸,制备出高电导率的剥离型PANI/MMT复合材料。在160℃时所得改性蒙脱土层间距最大,为4.88nm; SSA/HCl及SSA/H2SO4混合酸中二者的摩尔比分别为2.5∶10和3.5∶10时,复合材料的电导率最大。  (2)通过分散聚合和原位吸附-聚合法分别制备了PGMA微球及PGMA@PANI复合微球。通过控制聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)添加量、GMA浓度控制了PGMA微球的粒径和分散性。通过加入溶剂正戊醇、控制十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与An的质量比、An与PGMA的质量比控制了PGMA@PANI复合微球的形貌。在GMA浓度为0.10g/mL,PVP添加量为GMA的10wt%,CTAB添加量为An的50wt%、An为PGMA的30wt%并添加正戊醇的条件下,利用混合酸掺杂得到了电导率、产率综合最佳、表面致密均匀包覆PANI纳米线的PGMA@PANI复合微球。  (3)加入GNPs与PANI形成复合材料可大幅提高PANI的电导率,且复合材料的电导率远高于本文所制备的其他两类复合材料。通过调控GNPs与An的质量比可控制PANI/GNPs复合材料的电导率和产率。在SSA/HCl混合酸掺杂体系中,GNPs与An的质量比为1∶1时为最优投料比,在SSA/H2SO4混合酸掺杂体系中,GNPs与An的质量比为0.8∶1时为最优投料比。  (4)将前述三种PANI复合防腐蚀助剂及纯PANI分别与XH42801复配制备测试涂层,讨论并总结了各种防腐蚀助剂的最佳添加比。PANI-环氧涂层基本保持了原漆的机械性能,PANI/MMT-环氧、PGMA@PANI-环氧两类涂层的机械性能比原漆略有下降,PANI/GNPs涂层机械性能最佳,硬度最高。四者的耐盐雾、盐水性能较原漆都有不同程度的提升,其中,划叉板/不划叉板的耐盐雾时间最长分别为816h(34天)和312h(13天),划叉板/不划叉板最长的耐盐水时间分别为1680h(70天)和648h(27天)。
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