3·聚苯胺防腐涂层的制备方法
目前,聚苯胺防腐蚀涂层的制备方法有以下几种:
(1)电化学沉积法
电化学沉积法是指通过电化学的方法在金属表面沉积形成PANI涂层,主要包括恒电流法、恒电位法、脉冲极化法和动电位扫描法。PANI一般都是在酸性溶液中进行聚合。由于电极材料、电位以及电解质溶液的pH值等对苯胺的聚合都有一定影响,所以当前这种制备PANI涂层方法采用的条件仍然不统一。BemardMC等[14]采用恒电位法合成聚苯胺膜,并研究了其在不同酸性条件下对基体表面钝化作用的影响。但是这种方法很难应用于较大的金属部件,因此其应用还是有限的。
(2)共溶
共溶是指将PANI与传统的聚合物溶剂混合使其形成共溶物进行涂覆,待溶剂挥发后会形成涂层。这种方法也具有一定的缺点:因为PANI在有机溶剂中的溶解度较低,虽然在高沸点溶剂中有一定的溶解度,但是这些溶剂的沸点均较高,对涂层质量有一定的影响。而且这些溶剂大都有毒,也比较昂贵,应用方面受到限制。Mari等[15]采用该方法开发了PANI环氧树脂防腐蚀涂料。
(3)共混
共混是指将PANI作为现有防腐涂料的添加剂,与常规涂料如环氧树脂等混合使用进行涂敷,利用PANI和其他组分间的相互作用以及化学键作用来提高这种共混涂料的防腐性能。这种方法是当前研究PANI防腐应用最多的方法,研究表明[16-17]通过PANI与树脂共混制备的防腐涂料不但具有阳极保护作用,而且附着力以及对水的屏蔽作用都优于前面两种方法。
4·国内外聚苯胺防腐涂料的研发及应用状况
聚苯胺防腐涂料具有独特的耐划伤和耐点蚀性能,与金属发生氧化还原反应,可用于各种金属的防腐,成本低廉,对环境无影响等优点,在很多领域如石油工业输送管线,船坞,军舰,通讯铁塔,铁路桥梁等许多要求耐久性设施的防腐都具有广阔的应用前景,并特别适合于海洋和航天等严酷条件下的新型金属的腐蚀防护。
由于聚苯胺防腐涂料具有广阔的市场前景,不少公司先后投入工业研究。美国AlliedSignal公司在聚苯胺的制造及应用上获得了30多项专利。Mon Santo公司也获得了几十项相关专利。这些专利最后都卖给了德国的Ormecon公司。德国的Wessling于1993-1994年开发出工业用聚苯胺防腐涂料后,于1996年7月成立了Ormecon公司专门从事聚苯胺的研究及开发,已经研究出几种聚苯胺防腐涂料并进入市场,如CORRPASSIV,ORMECONTM,Version等[18-19]。其中SkippersCORRPASIV是一种海洋防腐涂料,已成功应用于船舶,港口和码头的防腐。CORRPASIVE4900[20]是一种含有聚苯胺的管道防腐涂料,它由分散有聚苯胺的底漆和环氧树脂面漆组成,应用于城市污水处理系统中,涂有这种涂料的普通钢材可以代替不锈钢,在降低建设费用的同时还能提供优良的保护性能。
美国Monsanto公司开发的聚苯胺/聚丁基异丁酸酯共混体系既有优良的粘结性又能起到很好的防腐保护作用[21]。国内对于聚苯胺防腐涂层研究也逐渐引起重视。中国科学院长春应用化学研究所开发出本征态聚苯胺/环氧共混物,通过对其防腐性能进行电化学研究发现:中碳钢的防腐效果比单纯环氧树脂要好[22-23]。同济大学将聚苯胺水性微乳液与环氧树脂乳液直接共混制备防腐底漆,再与环氧树脂面漆复合,采用开路电位法测量涂料的防腐性能,结果表明:涂覆该涂料的钢板的平衡开路电位提高了235mV,在自来水中至少浸泡90d,既不起泡、也不生锈[24-27]。重庆大学通过化学氧化聚合法,制备出聚苯胺/环氧树脂复合基料,通过测试发现:苯胺单体的加入量、反应时间和氧化剂含量都对PANI/EP复合涂层的防腐性能有影响,复合涂层的附着力、光泽性以及防腐性能等均优于商品PANI/EP共混物涂层[28]。
5·聚苯胺防腐涂料发展前景及目前存在的问题
聚苯胺(PANI)作为一种新型的金属防腐保护材料,具有独特的抗划伤和抗点蚀性能。与常规缓蚀剂如铬酸盐、钼酸盐等相比,聚苯胺没有任何的环境副作用,是一种符合时代和科技发展的绿色缓蚀剂,成为当前研究最多的导电高分子材料。但由于PANI分子链骨架刚性强、分子间作用力大,导致聚苯胺不溶不熔,极大地影响了其大规模的生产与应用。为了改善PANI的溶解性,人们开始尝试对PANI进行改性,包括选用氮位取代苯胺单体[29-33]如(N-甲基苯胺或N-乙基苯胺)进行聚合,以其获得形态结构致密以及防腐性能较好的防腐涂层;此外,选用含取代基的苯胺单体(环取代[29-31]或氮位取代[29,31]),通过化学氧化法聚合,以其达到改善PANI溶解性和可加工性的目的。在PANI的苯环上引入取代基,可以有效地降低分子链刚性,减小链间作用力,进而提高其溶解性。同时也能有效地阻止取代基位置可能发生的副反应,有利于整个大分子共轭体系的形成。而且取代基的存在也会为结构测试带来方便。有研究表明通过引入供电子基取代基可以有效改善其防腐能力和溶解性。因此通过对聚苯胺进行改性,提高其在有机溶剂中的溶解度逐渐成为PANI防腐涂料的研究热点。
参考文献:略