超疏水聚苯胺的制备及其耐腐蚀性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:lullm
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近年来,聚苯胺(polyaniline,PANI)因其独特的掺杂机制、环境稳定性和良好的电化学性能受到人们的广泛关注。作为金属防腐蚀材料,聚苯胺无环境副作用,高性价比、与有机树脂的相容性好、使用方便,符合时代和科技的发展,是一种非常有应用前景的环境友好型涂层材料。聚苯胺防腐蚀机理被普遍解释为其自身氧化还原过程中对金属产生钝化作用,在金属表面形成一层稳定的钝化膜,从而对金属起到保护作用。目前,超疏水表面因其能够有效阻止腐蚀性物质向金属表面扩散,因而越来越多地被应用于金属防护。本论文结合导电聚苯胺以及超疏水材料优秀的耐腐蚀性能,采用不同方法合成具有超疏水表面的聚苯胺导电聚合物,在3.5%Na Cl溶液中,通过一系列电化学测试方法考察了产物对不锈钢的腐蚀防护性能,并对导电聚苯胺的浸润性与防腐蚀性能的关系进行了研究。主要研究内容如下:(1)采用化学氧化法,在硫酸(H2SO4)介质中以过硫酸铵(APS)为氧化剂,合成了硫酸掺杂聚苯胺,进一步用氨水进行脱掺杂,得到本征态聚苯胺,研究了掺杂态和本征态聚苯胺的浸润性和防腐蚀性能。结果表明:硫酸掺杂聚苯胺(PANI)为亲水性,接触角为80°;本征态聚苯胺(EB)显示疏水性,接触角为127°;亲水基团SO42-的存在与否是导致二者浸润性差异的主要原因。防腐蚀性能测试结果显示PANI和EB都可以对不锈钢电极起到一定的防护作用。(2)采用化学氧化法制备硫酸掺杂聚苯胺,并用氨水脱掺杂得到本征态聚苯胺,分别用十二烷基苯磺酸(SDBS)、对甲苯磺酸(TSA)和柠檬酸(CA)等有机酸进行二次掺杂,得到超疏水聚苯胺。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等对聚苯胺进行了结构表征,探讨了不同种类有机酸及其用量对聚苯胺疏水性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:三种有机酸二次掺杂能够有效提高聚苯胺的疏水性及耐腐蚀性能,防腐蚀性能随疏水性提高先增强后减弱。(3)采用化学氧化法制备得到亲水性的硫酸掺杂聚苯胺,分别以聚乙二醇-10000(PEG-10000)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)及十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为改性剂,采用两步法制备了超疏水聚苯胺。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等对聚苯胺进行了结构表征,研究了不同种类表面活性剂及其用量对聚苯胺疏水性能和耐腐蚀性能的的影响。结果表明:三种表面活性剂均能够有效增强聚苯胺的疏水性及耐腐蚀性能。经过改性处理,表面活性剂中的疏水基团被引入聚苯胺链,使得聚苯胺的浸润性由改性前的亲水变为超疏水。随着表面活性剂用量的增加,产物的疏水性增强,防腐蚀性能先提高后降低。其中PE G改性的聚苯胺,接触角可达到164°,其耐腐蚀性能最佳。(4)以过硫酸铵为氧化剂,通过一步法制备得到具有不同浸润性的SDBS掺杂改性的聚苯胺,表征了材料的结构和形貌,研究了SDBS用量与聚苯胺浸润性和防腐蚀性能的关系。结果表明:伴随SDBS用量增大,聚苯胺的疏水性先增大后基本保持不变,其防腐蚀性能伴随疏水性的增强先变大后减弱。
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