聚苯胺防腐涂層的制備及其性能研究

沈吉++李甘

摘 要：闡述了聚苯胺防腐涂層的特性，對其制備方法及其具體應用進行了介紹與分析，希望能夠從理論層面上為聚苯胺防腐涂層的應用與發展研究提供一點指導與支持。

關鍵詞：聚苯胺防腐涂層；制備；性能

一、引言

在環境因素的影響下，大部分金屬都會發生腐蝕問題，進而給人們的生活帶來不同程度的干擾與影響。就經濟這一層面而言，每年因為金屬服飾造成的經濟損失就是一個龐大的數字。而為了有效地域金屬腐蝕問題，就可以采用涂層防護技術，其中聚苯胺防腐涂層具有較高的應用價值，因此，針對聚苯胺防腐涂層的制備及其性能研究具有重要的現實意義。

二、聚苯胺防腐涂層的特性

1.導電性

與其他導電聚合物相比，聚苯胺的導電性特點非常突出。本征態聚苯胺具有很低的導電率，屬于絕緣體。而摻加了質子酸之后，本征態聚苯胺就會向摻雜態聚苯胺轉化，其導電性也會得到顯著增強。當然，在摻雜過程并沒有改變聚合物主鏈上的電子，僅僅是質子與主鏈結合，摻雜陰離子向主鏈周邊運動，進而實現電荷平衡。

2.溶解性

聚苯胺主鏈的共軛結構對于載流子運動而言有著積極影響，能夠使導電功能得以實現。然而，這種結構的主鏈呈現剛性，鏈之間的相互作用比較突出，因此難以溶解、熔化，加工處理難度較高。通常情況下，需要采取一些方法來使導電聚苯胺溶解性得到提升。例如在可溶于水的聚苯胺衍生物的制備中，可以將親水性基團引入其中，進而使聚苯胺的水溶性得到提升；又比如在膠束中實現聚苯胺均一溶液的合成也可以使其溶解性得到提升。

3.電致變色性

所謂的電致變色性，就是指外加偏電壓感應改變了材料的光吸收或光散射特性。如果點位從+1.0V向-0.2V降低，那么這一過程就會改變聚苯胺顏色，從黑色到暗藍色，然后向綠色轉變，最后變成亮黃色。當然，這種電化學活性與電致變色效應是具有可逆性的。

三、聚苯胺防腐涂層的制備方法

1.電沉積

所謂的電沉積聚合，指的是將聚苯胺放置在酸性環境中，對電化學方法加以運用，使苯胺單體發生沉積，形成一層聚苯胺涂層，并附著在金屬表面。在聚苯胺防腐層制備中，電沉積具有較強的實效性，并且對氧化劑沒有需求，這種方法具有較強的環保性。關于聚苯胺電化學沉積涂層表面形態與厚度控制，則涉及到多方面影響因素，例如電流、電勢、電沉積環境、掃描速率等等。

通常情況下，電沉積聚苯胺的流程主要包括四個，首先，通過苯胺單體質子化，使其氧化形成自由基，并吸附在工作電極表面；其次，自由基向二聚體轉化；接著就是二聚體氧化結合，使低聚物聚苯胺得以形成，然后通過反映，使高聚物聚苯胺涂層得以形成；最后就是聚苯胺涂層生長，消耗完所有單體。從中不難發現，質子是聚苯胺電化學過程的重要前提，在電化學制備中，質子酸這一原料發揮著關鍵作用。在電化學合成聚苯胺的過程中，可以選擇的質子酸有很多種，例如草酸、磷酸、硫酸等等，在應用實踐中，應結合具體情況，合理選擇制備材料與方法。

2.簡單共混

在機械研磨之下，聚苯胺能夠與溶劑或具有較強粘結力的成膜涂料共混，并在金屬表面進行涂覆，進而形成防腐涂層。相關研究人員提出，可以將硫酸鉀作為氧化劑對聚苯胺進行制備，然后氨水中放置制品，使本征態聚苯胺得以形成。之后將甲酸溶入到本征態聚苯胺與尼龍66中，進而實現聚苯胺涂層的制備。在制備過程中，這部分研究者發現在NaCl與HCl中，聚苯胺涂層的陽極保護作用十分突出。又比如有研究人員圍繞聚苯胺納米微粒復合材料的制備進行研究，并在聚氨酯樹脂中混合納米級的聚苯胺微粒，使納米聚苯胺防腐涂層得以制備。

3.復合制備

關于復合涂層的制備與研究有很多。這種復合涂層其實就是復合了多層防腐涂層，每一層都會發生作用，使溶劑中聚苯胺分散性問題得到解決，并且具有良好的屏蔽介質與防腐效果。相關研究人員對電化學法加以運用，將聚苯胺單層防腐層與聚苯胺/聚呲咯雙層防腐層分別沉積在碳不銹鋼表面，并進行對比研究，結果顯示，相較于單一的聚苯胺防腐層，復合涂層能夠對體系向鈍化的發展提供引導，進而其抗腐蝕作用也更強。

四、聚苯胺防腐涂層的實際應用

1.石油儲罐防腐

石油儲罐各個部分由不同材料組成。這些材料如果發生接觸，那么就會導致儲罐表面有電位差形成。與此同時，由于石油儲罐中的油料含有電解質，在電勢差作用下，儲罐表面就會發生電化學腐蝕。此時如果將防腐涂層涂覆在儲罐內壁上，并將導電填料摻加其中，那么就可以使油罐上的電位差得到消除。通常情況下，在選擇導電材料時，人們大多會考慮無機小分子顆粒，然而有機高聚物在結構上與其并不一致，如此一來就難以保證無機填料與高分子基體間的分散性，使穩定的均相體系形成存在難度，進而使涂層導電性降低，難以保障防腐效果。而選擇聚苯胺這種導電高分子材料，由于具有相似結構與良好的相容性，因此涂層的就會更加穩定，并且聚苯胺的導電性也可以將無機填料代替，在油罐防腐涂層中具有較強的適用性。

2.管道防腐

通過對涂層的利用，可以隔離開腐蝕介質與管道，使管道腐蝕得以避免。對于石油管道、污水管道的防腐而言，采用聚苯胺涂料能夠取得比較理想的效果。根據德國Ormecon研制的CORRPASIVE4900在城市污水處理系統中的應用分析，可知有分散的聚苯胺存在于底漆中，并用環氧樹脂作為面漆。

3.海洋防腐

對于一些海上設施，其使用的鋼鐵材料量非常龐大。然而海洋環境比較復雜，對鋼鐵產生的腐蝕作用很強。此時就可以選擇聚苯胺防腐涂層，通過特性使海洋中pH值降低，對海洋環境中吸附在鋼鐵表面的微生物進行抑制，最終發揮防腐作用，同時也可以發揮防污功能。

總而言之，在鋼鐵腐蝕防護中，聚苯胺防腐涂層的適用性較強。當然，作為相關研究人員，依然還需要針對現階段研究存在的不足，對聚苯胺防腐涂層的制備缺陷進行彌補，進一步改善其使用性能。

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