本文關(guān)鍵詞：烷基苯胺的聚合物溶液及其在X70鋼表面的原位聚合膜的防腐性能研究

  更多相關(guān)文章： 聚烷基苯胺 X70鋼 失重法 電化學(xué) 原位聚合腐蝕 緩蝕率

【摘要】：金屬腐蝕與防腐是人類面臨的永久挑戰(zhàn),新型防腐材料的設(shè)計與研發(fā)一直都是該領(lǐng)域的研究熱點。本文針對生產(chǎn)實踐中迫切需要耐高溫強酸和持久性緩蝕劑的實際,針對無機緩蝕劑毒性大不符合當(dāng)今可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略,針對有機緩蝕劑小分子緩蝕劑在高溫強酸環(huán)境中效果不好,針對普通聚合物因分子量大、水溶性差、擴散速度慢弱點,利用苯胺在酸性水環(huán)境中可聚合的特點,利用表面活性劑界面自組裝的優(yōu)勢,設(shè)計并合成了4個新型的烷基苯胺衍生物,實施了該烷基聚苯胺衍生物的溶液聚合以及在X70鋼表面的原位聚合,考察了聚合物對X70酸腐蝕的抑制能力。主要內(nèi)容如下:1)本文合成了一系列不同烷基鏈長度的烷基苯胺Am-n(標(biāo)記為Am-6,Am-8,Am-10,Am-12),并用過硫酸鉀做引發(fā)劑,通過溶液聚合和原位聚合的方法合成了其聚合物PAm-n(標(biāo)記為PAm-6,PAm-8,PAm-10,PAm-12)。通過核磁共振,傅里葉變換紅外光譜表征了合成的烷基苯胺單體的結(jié)構(gòu)。通過GPC,FTIR,XRD,紫外可見光譜對所合成的聚合物進行定性分析。并且通過單體和聚合物的熱重分析,表明聚合物比單體更穩(wěn)定,更耐高溫。AFM圖像顯示我們所合成的聚合物呈顆粒狀分布,直徑在300-500 nm的范圍內(nèi)。我們還通過電致發(fā)光實驗研究了烷基苯胺單體聚合動力學(xué),結(jié)果表明,烷基苯胺在聚合過程中對單體濃度呈一級反應(yīng),對引發(fā)劑過硫酸鉀的濃度也呈一級反應(yīng)。動力學(xué)方程如下:2)采用失重法和電化學(xué)手段評價了聚合物溶液對X70鋼的緩蝕行為。結(jié)果表明,聚烷基苯胺在鹽酸溶液中對X70鋼的緩蝕率,隨著聚烷基苯胺濃度的增大,實驗溫度的升高以及鹽酸濃度的增加而呈現(xiàn)上升趨勢,聚烷基苯胺的烷基鏈長短對緩蝕率影響不大。例如,PAm-6在5 M HCl溶液中當(dāng)濃度為70 ppm,溫度為90℃時,緩蝕率最大為97%,同樣條件下,PAm-12的緩蝕率為96.05%。緩蝕劑分子吸附過程熱力學(xué)和動力學(xué)研究表明:PAm-n在X70鋼片表面的的吸附遵循Langmuir單分子層吸附模型,吸附過程中0ads(35)G的值在-20 k J/mol和-40 k J/mol之間,這說明PAm-n分子與X70鋼片表面的相互作用既包含物理吸附又包含化學(xué)吸附。0ads(35)(39)0,0ads(35)S0說明緩蝕劑PAm-n在鋼片表面的吸附是一個自發(fā),吸熱且熵增加的過程;當(dāng)溶液中存在緩蝕劑PAm-n時,表觀活化能aE的值都低于空白溶液腐蝕的,這也說明PAm-n分子在鋼片表面的吸附屬于化學(xué)吸附。電化學(xué)交流阻抗實驗結(jié)果表明:X70鋼電荷轉(zhuǎn)移電阻值隨著加入緩蝕劑濃度的增加而增加,說明緩蝕劑分子會吸附在X70鋼表面,形成保護膜。電化學(xué)極化實驗結(jié)果表明:隨著緩蝕劑濃度的增加,腐蝕電流密度減小,腐蝕電位向陽極或陰極移動,說明PAm-n是一種混合型緩蝕劑,會同時抑制X70鋼的陰極或者陽極反應(yīng)。對比電化學(xué)Nyquist圖,Tafel極化曲線和失重法所測得的數(shù)據(jù),實驗結(jié)果基本一致。3)在鹽酸溶液中,通過原位聚合法在X70鋼表面合成聚烷基苯胺,在聚合過程中達(dá)到防腐的目的,以減少實驗所需的時間。實驗結(jié)果表明,當(dāng)鹽酸溶液中只有單體時,單體不能對X70鋼起到保護作用,緩蝕率很低只有78%,而在同等條件下,加入引發(fā)劑使單體在鋼片表面發(fā)生原位聚合后,緩蝕率就可達(dá)到96%。而且緩蝕率隨著原位聚合腐蝕前單體的濃度,溫度,鹽酸濃度以及浸泡時間而增大。4)用SEM、AFM、XPS和紫外漫反射對腐蝕前后鋼片表面形貌進行表征。SEM實驗結(jié)果表明:相對于空白鋼片腐蝕,加入緩蝕劑后在X70鋼表面形成一層保護膜。聚合物PAm-n在鋼片表面自組裝成納米小顆粒狀,粒徑大約為300-500 nm,而單體在鋼片表面原位聚合形成200-400 nm的空心小球。酸和引發(fā)劑的加入順序會對鋼片上聚合物的形貌產(chǎn)生影響,如果先加酸后加引發(fā)劑,產(chǎn)生形貌為直徑200-400 nm的空心小球,但是相反順序?qū)е滦蚊矠橹睆?50-300 nm的實心小球�？梢娫痪酆闲纬傻膬煞N形貌的顆粒粒徑小,在X70鋼片表面排列相對緊密,這正是原位聚合表現(xiàn)出更好的腐蝕抑制能力的關(guān)鍵所在。AFM結(jié)果不僅證實了SEM形貌分析結(jié)果,還分析了腐蝕前后X70鋼表面的粗糙度和伏特電位差�？瞻卒撈捎诒粐�(yán)重腐蝕,表面粗糙度為200 nm,高度差為430nm,伏特電位差為1464.72m V。聚合物溶液腐蝕實驗中,由于聚合物PAm-n在鋼片表面自組裝,形成保護膜,表面粗糙度為145.06nm,高度差為200 nm,伏特電位差為288.88 m V。在同樣的濃度下,Am-n在鋼片表面原位聚合,表面粗糙度為84.96 nm,高度差為150 nm,伏特電位差值為85m V。含原位聚合物膜的X70鋼表面粗糙度和高度差都小于聚合物溶液中腐蝕的X70鋼表面,說明原位聚合形成的膜更加致密,表面更加平滑。并且原位聚合腐蝕后伏特電位差只有85m V,伏特電位差是表面物質(zhì)均一性的一個指標(biāo),說明原位聚合后更能很好的保護鋼片,鋼片表面腐蝕產(chǎn)物較少。XPS實驗結(jié)果表明:加入的聚合物PAm-n和Am-n在鋼片表面原位聚合后都可以使鋼片表面Fe的含量降低,N的含量增大。溶液腐蝕后,鋼片表面N的含量為5.05%,Fe的含量為7.2%,原位聚合后鋼片表面N的含量更高(5.85%),Fe的含量更低(6.8%)。說明原位聚合能為鋼片提供更好的保護。紫外漫反射實驗表明,隨著聚合物濃度增大,浸泡時間增長,溫度升高鋼片表面紫外漫反射吸收峰的強度增大,最大吸收峰位置向長波方向紅移,說明加入緩蝕劑后,緩蝕劑分子在鋼片表面吸附成膜,鋼片表面的共軛結(jié)構(gòu)增長,聚合物分子量增大。原位聚合實驗的紫外漫反射峰的高度要比溶液腐蝕結(jié)果的更高更寬,例如,濃度為30 ppm時,溶液腐蝕后鋼片表面的紫外漫反射吸收峰的高度為2.6,最大吸收峰波長在325nm處,同樣的實驗條件下,原位聚合腐蝕后吸收峰的高度為2.7,最大吸收峰波長在350nm處,這說明原位聚合的緩蝕劑聚合度可能更高。實驗證明聚合物溶液和原位聚合都能有效的保護X70鋼,但是,AFM,XPS,UV-vis結(jié)果證明原位聚合的緩蝕效果要優(yōu)于聚合物溶液。
【關(guān)鍵詞】：聚烷基苯胺 X70鋼 失重法 電化學(xué) 原位聚合腐蝕 緩蝕率
【學(xué)位授予單位】：西華師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4;O631.5
【目錄】：

• 摘要6-9
• Abstract9-13
• 第1章 前言13-24
• 1.1 選題背景13
• 1.2 有機緩蝕劑在防腐中的應(yīng)用13-18
• 1.2.1 有機中性小分子緩蝕劑13-15
• 1.2.2 有機陽離子小分子緩蝕劑15-17
• 1.2.3 大分子緩蝕劑17-18
• 1.3 聚合物緩蝕劑的實施方法18-22
• 1.3.1 聚合物緩蝕劑溶液防腐19-20
• 1.3.2 聚合物緩蝕劑防腐涂層20-21
• 1.3.3 原位聚合物緩蝕劑防腐21-22
• 1.4 本文的研究意義及內(nèi)容22-24
• 1.4.1 本文的研究意義22-23
• 1.4.2 本文的主要研究內(nèi)容23-24
• 第2章 烷基苯胺單體的制備24-35
• 2.1 引言24
• 2.2 烷基苯胺的合成24-34
• 2.2.1 化學(xué)試劑與實驗儀器24-25
• 2.2.2 實驗25-26
• 2.2.3 實驗結(jié)果26-27
• 2.2.4 結(jié)構(gòu)表征27-34
• 2.3 小結(jié)34-35
• 第3章 烷基苯胺的溶液聚合及其結(jié)構(gòu)表征35-50
• 3.1 引言35-36
• 3.1.1 化學(xué)聚合法35
• 3.1.2 電化學(xué)聚合法35-36
• 3.2 烷基苯胺的溶液聚合36-48
• 3.2.1 試劑與儀器36
• 3.2.2 實驗36-37
• 3.2.3 實驗結(jié)果37
• 3.2.4 聚合物表征37-48
• 3.3 小結(jié)48-50
• 第4章 聚烷基苯胺溶液的對X70鋼緩蝕性能的評價50-75
• 4.1 引言50
• 4.2 實驗部分50-73
• 4.2.1 化學(xué)試劑與實驗儀器50-51
• 4.2.2 失重法實驗51-53
• 4.2.3 PAm-n在X70鋼表面的吸附模型的研究53-56
• 4.2.4 PAm-n在X70鋼表面的吸附動力學(xué)研究56-58
• 4.2.5 電化學(xué)方法測定聚烷基苯胺在鹽酸溶液中對X70鋼的緩蝕效果58-65
• 4.2.6 表面形貌分析65-73
• 4.3 小結(jié)73-75
• 第5章 烷基苯胺在X70鋼表面原位聚合防蝕探究75-91
• 5.1 引言75
• 5.2 實驗部分75-76
• 5.2.1 化學(xué)試劑與實驗儀器75-76
• 5.3 實驗部分76-89
• 5.3.1 化學(xué)試劑與實驗儀器76
• 5.3.2 失重法實驗76-80
• 5.3.3 表面表征80-89
• 5.4 小結(jié)89-91
• 第6章 結(jié)論及創(chuàng)新點91-94
• 6.1 結(jié)論91-93
• 6.2 創(chuàng)新點93-94
• 參考文獻(xiàn)94-104
• 附錄104-114
• 致謝114-117
• 在學(xué)期間的科研情況117

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