水性聚苯胺/氟碳防腐抗靜電涂層材料的研究的必要性

曹柳男(太原市塑料研究所,山西 太原 030006)

水性聚苯胺/氟碳防腐抗靜電涂層材料的研究的必要性

曹柳男(太原市塑料研究所,山西 太原 030006)

聚苯胺防腐性能的研究最早是從苯胺的電化學(xué)聚合開(kāi)始的。聚苯胺，具有特殊的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)，是一種高分子化合物，經(jīng)摻雜后可具有導(dǎo)電性及電化學(xué)性能。聚苯胺乳液成膜性差，直接涂覆在金屬表面容易脫落，最簡(jiǎn)便的方法是尋找一種成膜物與之復(fù)合。含氟聚合物是目前發(fā)現(xiàn)的最好的涂料成膜物。

聚苯胺；聚苯胺防腐性能；金屬的腐蝕

金屬的腐蝕給全球工業(yè)界帶來(lái)了巨大的損失，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于金屬年產(chǎn)量的1/ 3。金屬材料受周?chē)橘|(zhì)的作用而損壞，稱(chēng)為金屬腐蝕(Metallic Corrosion)。金屬的腐蝕是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。腐蝕時(shí)，在金屬的界面上發(fā)生了電化學(xué)多相或化學(xué)反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化（離子）狀態(tài)，降低金屬材料的各種力學(xué)性能，破壞構(gòu)件的幾何形狀，增加零件間的磨損，甚至造成火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約占當(dāng)年鋼產(chǎn)量的10~ 20%。

金屬的腐蝕中電化學(xué)腐蝕是最為常見(jiàn)。靜電腐蝕就是一種電化學(xué)腐蝕，由金屬和電解質(zhì)組成兩個(gè)電極，組成腐蝕原電池。比如鐵和氧這兩種元素，鐵的電極電位總比氧的電極電位低，所以鐵是陽(yáng)極，遭到腐蝕。在發(fā)生氧腐蝕的表面會(huì)形成大小不一的鼓包，內(nèi)層是黑色粉末狀潰瘍腐蝕面。當(dāng)金屬置于潮濕的大氣中或水溶液中，金屬表面會(huì)形成一種微電池，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，使陽(yáng)極發(fā)生溶解，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，一般只起傳遞電子的作用。腐蝕電池的原因是由金屬表面吸附了空氣中的水分，形成一層水膜，因而使空氣中二氧化碳、二氧化硫等物質(zhì)溶解在這層水膜中，形成電解質(zhì)溶液，而浸泡在這層溶液中的鋼鐵，是由鐵、石墨、滲碳體(Fe3C)和雜質(zhì)組成的合金，它們大多數(shù)沒(méi)有鐵活潑，使得腐蝕不斷進(jìn)行。

人們采用多種技術(shù)對(duì)金屬加以保護(hù)，防止腐蝕發(fā)生。目前最常用的方法之一是在金屬表面涂有機(jī)防腐層，經(jīng)固化成膜后，具有緩蝕、屏蔽、保護(hù)三方面的作用，將金屬與腐蝕介質(zhì)隔離，從而抑制金屬腐蝕。但是簡(jiǎn)單的隔離還不夠，為了進(jìn)一步提高涂層的腐蝕防護(hù)能力，往往還要在涂層中添加活性防銹顏料，其中Cr系防銹顏料防銹性能最好，但是Cr等重金屬離子嚴(yán)重污染環(huán)境，目前已經(jīng)暫停使用。目前用量最大的防腐涂料是富Zn涂料，但面臨資源可持續(xù)供應(yīng)的問(wèn)題。因此，探索新一代節(jié)能環(huán)保防腐材料迫在眉睫。

聚苯胺，具有特殊的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)，是一種高分子化合物，經(jīng)摻雜后可具有導(dǎo)電性及電化學(xué)性能。經(jīng)過(guò)特殊處理后，可制得各種具有特殊功能的設(shè)備和材料，聚苯胺(PANI)岡價(jià)格低廉，合成過(guò)程簡(jiǎn)單，較高的電導(dǎo)率，潛在的熔融加工可能性，較好的環(huán)境穩(wěn)定性和耐化學(xué)品性等優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的青睞。

聚苯胺的防腐蝕、防銹產(chǎn)品應(yīng)用十分廣泛，如：橋梁、港口吊裝塔防護(hù)；火電廠脫硫裝置及其管道防護(hù)；煙廠烤煙裝置以及管道防護(hù)；鐵路機(jī)車(chē)等鋼鐵件的防腐蝕，石油、化工、鋼鐵冶煉、海洋設(shè)施等行業(yè)設(shè)備及管道防腐蝕；艦船船體防腐蝕；石油化工槽罐車(chē)的槽罐和集裝箱防腐蝕；還可用于武器裝備如：火炮、導(dǎo)彈及發(fā)射架等多種行業(yè)及設(shè)備的防腐蝕、防銹領(lǐng)域，如橋梁防腐蝕涂料的用量每公里就達(dá)到60噸，每年就此一項(xiàng)需要消耗3萬(wàn)噸，由此可見(jiàn)防腐蝕涂料每年的用量具大。

聚苯胺乳液成膜性差，直接涂覆在金屬表面容易脫落，最簡(jiǎn)便的方法是尋找一種成膜物與之復(fù)合。

含氟聚合物是目前發(fā)現(xiàn)的最好的涂料成膜物，水性氟碳乳液樹(shù)脂是特種丙烯酸酯類(lèi)、特種氟樹(shù)脂共聚物陰離子型乳液，作為水性氟碳涂料的主要成膜材料，具有優(yōu)異的耐候性、耐水性、耐污染性、耐化學(xué)品性與溶劑型氟碳樹(shù)脂相差不大。比其他普通丙烯酸水性乳液性能要強(qiáng)很多，并且其中沒(méi)有有機(jī)溶劑，因此它對(duì)人體沒(méi)有危害，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。它的出現(xiàn)和發(fā)展改善人類(lèi)對(duì)生活環(huán)境環(huán)保的要求。氟碳乳液(Fc)不僅具有一定的防腐蝕性能，而且還具有良好的成膜性、熱穩(wěn)定性、抗紫外線性、疏水性等，水性聚苯胺/氟碳復(fù)合涂料在生產(chǎn)過(guò)程中所用的溶劑是水，避免有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境對(duì)人體的傷害，且生產(chǎn)過(guò)程條件比較溫和，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成二次污染。所以開(kāi)發(fā)水性聚苯胺/氟碳防腐抗靜電涂層材料的研究就很有必要。這種材料是具有安全性高，操作簡(jiǎn)單，施工方便，是市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊的功能型環(huán)保節(jié)能防腐材料。

目前，防腐材料具有極大的市場(chǎng)份額，聚苯胺系列防腐材料因環(huán)保節(jié)能復(fù)合社會(huì)發(fā)展要求需求量也較大，年需求量在數(shù)十萬(wàn)噸以上。從根本上解決我國(guó)傳統(tǒng)防腐材料的耐候性差、重金屬污染等一系列環(huán)境問(wèn)題，利用該產(chǎn)品可直接降低工程造價(jià)20%，該產(chǎn)品的成功開(kāi)發(fā)真正意義上達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一。

[1]王東紅、劉利文.聚苯胺防腐性能及應(yīng)用研究.《中國(guó)涂料》[J].2011年10期.

[2]李玉峰，曾照坡，王迪.水性聚苯胺／氟碳復(fù)合乳液涂層的防腐蝕性能.齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)第28卷第3期.