發(fā)布時間：2017-09-02 22:21

  本文關鍵詞：聚苯胺防腐涂層的制備及其性能研究

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【摘要】：金屬及其合金很容易被環(huán)境腐蝕,由于金屬腐蝕所帶來的問題影響著人類生活的方方面面。單從經濟的角度來說,每年金屬腐蝕都會造成巨大的經濟損失。涂層防護是目前為止最有效的抵御金屬腐蝕的方法。聚苯胺是一種導電高分子材料。聚苯胺含有兩種形態(tài),氧化態(tài)和還原態(tài)。其中氧化態(tài)聚苯胺能導電,而還原態(tài)則是絕緣體。在合適的條件下,聚苯胺能很容易地在兩種形態(tài)間轉變。金屬表面發(fā)生腐蝕反應后,聚苯胺發(fā)生氧化還原反應,最終使得導電聚合物中的摻雜離子釋放到裸露的金屬表面,和金屬離子發(fā)生反應產生抑制層。而且,聚苯胺還有類似六價鉻的功能。當氧氣在聚苯胺涂層中還原時,原本的金屬的氧化反應轉移到導電聚合物涂層中。這就使得聚苯胺轉變成氧化態(tài)。這也能使得金屬能穩(wěn)定處于鈍化態(tài)。雖然聚苯胺有以上諸多好處,但是由于其還存在一定缺陷,暫時還不能達到工業(yè)運用水平,其防腐蝕性能有待提高。本文首先從提高聚苯胺涂層自身防腐蝕性能角度出發(fā),通過解摻雜-再摻雜的工藝成功制備出電沉積磷鉬酸摻雜導電聚苯胺涂層。針對電沉積聚苯胺涂層表面多孔結構,使用水性環(huán)氧樹脂基底,制備聚苯胺-二氧化硅復合水性環(huán)氧防腐涂層。最后針對水性環(huán)氧樹脂基底條件下聚苯胺鈍化作用不明顯的問題,在一定條件下利用聚苯胺與不銹鋼導電性能差異在電沉積聚苯胺涂層內沉積一層氫氧化鎳,成功制備出電沉積聚苯胺-氫氧化鎳復合防腐涂層。獲得以下主要結論：(1)通過循環(huán)伏安測試,FTIR紅外測試,EDX能譜測試,我們驗證了解摻雜-再摻雜過程中的磷酸根離子的脫除與磷鉬酸根離子的再摻雜過程。(2)磷鉬酸再摻雜聚苯胺涂層的防腐蝕性能較好,具體表現(xiàn)在,與磷酸摻雜聚苯胺涂層與磷酸再摻雜聚苯胺涂層相比其腐蝕電位最高；腐蝕電流最低,其Rt值最高達到1999Ωcm2。(3)我們觀察到磷鉬酸再摻雜聚苯胺涂層中含有的孔洞數(shù)目小于磷酸摻雜聚苯胺涂層。這是由于解摻雜-再摻雜過程中,有一些氧化物質在金屬表面產生填隙了這些孔洞。此外,磷鉬酸還促進這些氧化物質的形成并在金屬表面形成一層氧化層,對金屬起到鈍化防腐的作用。(4)含有復合填料的水性環(huán)氧涂層腐蝕電位最高,為-36.87mV；腐蝕電流最低,為0.9250 μ A/cm2,防腐蝕效率最高。(5)經過長時間浸泡,含有復合填料的水性環(huán)氧涂層、不含填料的水性環(huán)氧涂層和含無機填料的水性環(huán)氧涂層的涂層電阻Rc值都呈現(xiàn)先有所上升,而后有所下降趨勢。表面最終都出現(xiàn)涂層的脫落現(xiàn)象。但含有復合填料的水性環(huán)氧涂層在腐蝕介質中的破壞最小。含有復合填料的水性環(huán)氧涂層具有催化金屬產生鈍化的效果。而且,聚苯胺中含有的平衡離子還能與金屬離子作用形成不溶物,阻隔腐蝕介質的侵入。(6)通過XRD和高分辨TEM及熱分析測試綜合分析,我們確定在聚苯胺內部有氫氧化鎳生成；根據SEM圖像及孔隙的統(tǒng)計,我們發(fā)現(xiàn)聚苯胺中的氫氧化鎳可以有效填隙電沉積聚苯胺涂層中的孔洞。(7)動電位極化曲線中,聚苯胺-氫氧化鎳復合涂層的腐蝕電位和腐蝕電流分別為-37.71mV和2.0061 μ A/cm2。與聚苯胺涂層相比,其腐蝕電位較高,腐蝕電流較低。在電化學阻抗測試中,聚苯胺-氫氧化鎳復合涂層的阻抗值比聚苯胺涂層高,其Rc值為715Ωcm2,這一數(shù)值約為聚苯胺涂層Rc值的兩倍。(8)三種聚苯胺涂層各有優(yōu)缺點,性能仍有提高空間：磷鉬酸摻雜聚苯胺涂層能應用于質子膜燃料電池環(huán)境中,但由于其表面的孔隙率過高,與金屬的附著力不夠,而不適用于3.5w%氯化鈉海水溶液中：聚苯胺-二氧化硅復合水性環(huán)氧防腐涂層的附著力較高,但其所使用的水性環(huán)氧樹脂耐酸性能不佳,且電導率較低,只能適用于3.5w%氯化鈉海水溶液中,不能應用于質子膜燃料電池環(huán)境中；聚苯胺-氫氧化鎳復合涂層能改善磷鉬酸摻雜聚苯胺涂層的多孔結構,但由于所填隙的材料為氫氧化物,使得涂層不能應用于質子膜燃料電池環(huán)境中。
【關鍵詞】：聚苯胺 防腐蝕 再摻雜 水性環(huán)氧樹脂 氫氧化鎳
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-29
• 1.1 腐蝕反應12-14
• 1.2 腐蝕熱力學及防腐蝕方法14-15
• 1.3 涂層防護15-19
• 1.3.1 富鋅漆15-16
• 1.3.2 防滲隔離涂層16
• 1.3.3 抑制涂層16-17
• 1.3.4 導電聚合物涂層17-19
• 1.4 聚苯胺防腐蝕涂層19-28
• 1.4.1 聚苯胺的結構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 聚苯胺防腐蝕機理22-24
• 1.4.5 聚苯胺防腐蝕涂層制備方式24-26
• 1.4.6 聚苯胺防腐蝕涂層的應用26-28
• 1.5 本論文研究思路和內容28-29
• 第二章 電沉積磷鉬酸摻雜導電聚苯胺涂層29-44
• 2.1 實驗方法30-31
• 2.1.1 實驗原料30
• 2.1.2 涂層的制備30-31
• 2.1.3 微觀及性能測試31
• 2.2 結果與討論31-42
• 2.2.1 電聚合31-33
• 2.2.2 解摻雜與再摻雜過程33-35
• 2.2.3 表面形貌35-36
• 2.2.4 開路電位測試36
• 2.2.5 動電位極化曲線測試36-37
• 2.2.6 阻抗測試37-42
• 2.2.7 防腐蝕機理42
• 2.3 本章小結42-44
• 第三章 聚苯胺-二氧化硅復合水性環(huán)氧防腐涂層44-57
• 3.1 實驗方法44-47
• 3.1.1 實驗原料44-45
• 3.1.2 復合填料的制備45
• 3.1.3 水性涂料的制備及涂覆45-46
• 3.1.4 填料及涂層試樣的表征46-47
• 3.2 結果與討論47-56
• 3.2.1 復合填料分析47-49
• 3.2.2 電化學動電位極化曲線49-50
• 3.2.3 阻抗測試50-52
• 3.2.4 長期浸泡分析52-56
• 3.3 本章小結56-57
• 第四章 電沉積聚苯胺-氫氧化鎳復合防腐涂層57-70
• 4.1 實驗方法57-59
• 4.1.1 實驗原料57-58
• 4.1.2 涂層的制備58-59
• 4.1.3 結構表征及性能測試59
• 4.2 結果與討論59-69
• 4.2.1 氫氧化鎳的電沉積過程59-60
• 4.2.2 XRD及高分辨TEM分析60-62
• 4.2.3 涂層表面形貌62-63
• 4.2.4 開路電位分析63-64
• 4.2.5 動電位極化曲線分析64-65
• 4.2.6 阻抗分析65-67
• 4.2.7 長期浸泡測試67-68
• 4.2.8 復合涂層機理討論68-69
• 4.3 本章小結69-70
• 第五章 結論與展望70-72
• 5.1 結論70-71
• 5.2 展望71-72
• 參考文獻72-83
• 碩士期間發(fā)表論文與研究成果83-84
• 致謝84-85

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本文編號：781222