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聚苯胺水性防腐蚀涂料的研制

作　者: 杨伟超
导　师: 王金淑
学　校: 北京工业大学
专　业: 材料学
关键词: 聚苯胺水性醇酸树脂电化学阻抗电化学极化曲线腐蚀
分类号: TG174.46
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

暴露在酸性环境和海水环境中的金属非常容易腐蚀,防腐蚀问题亟待解决。近年来,涂层仍是最常用的防腐蚀方法之一,而环保型水性涂料将是未来的发展方向。论文研究了乳液聚合法制备掺杂态聚苯胺及其水性醇酸树脂涂层对低碳钢在模拟海水环境及酸性条件下的防护作用,重点研究了纳米SiO₂及玻璃鳞片的加入对聚苯胺水性醇酸树脂涂层防护性能的影响。通过对比研究不同涂层的极化曲线、交流阻抗、盐雾加速腐蚀、微观结构及元素价态,提出了聚苯胺水性醇酸树脂涂层对低碳钢的腐蚀作用机理。采用乳液法以苯胺单体为原料、（NH4）2SO4为氧化剂、十二烷基苯磺酸为掺杂剂合成了掺杂态聚苯胺,将其与水性醇酸树脂混合制备涂料,并将其涂装于低碳钢表面。通过电化学阻抗、电化学极化曲线分别在3.5%的NaCl和0.5mol·L-1H2SO4电解质溶液中研究其电化学性能及耐盐雾性能。结果表明聚苯胺加入量为5%时,涂料表现出最佳的耐腐蚀性能。相对于未加入聚苯胺的涂层,极化电阻Rp分别高出3个数量级,腐蚀电流低于分别低于3个数量级。在加入聚苯胺5%的基础上,分别加入一定量的纳米SiO₂和玻璃鳞片进行改性研究。结果表明涂层的耐蚀能力大幅增高,且当纳米SiO₂加入量为0.5%、玻璃鳞片加入量为10%时,涂层的综合性能最佳。在NaCl溶液浸泡初期,其极化电阻为8.67×108Ohm,腐蚀电流密度为1.45×10-11 A·cm-2,自腐蚀电位为-0.53V;浸泡800小时后,试样的极化电阻为1.82×106Ohm,腐蚀电流密度为1.62×10-9 A·cm-2,自腐蚀电位为-0.56V。在0.5 mol·L-1 H2SO4中浸泡初期,极化电阻为9.27×108Ohm,自腐蚀电位为-0.52V,腐蚀电流密度为3.08×10-11 A·cm-2。在浸泡1000h后,极化电阻近似为2.68×108 Ohm,自腐蚀电位为-0.46V,腐蚀电流密度为2.34×10-9 A·cm-2,耐盐雾时间为60天,性能与溶剂型涂层相当。对金属基材表面物质进行XPS分析发现在0.5mol·L-1 H2SO4溶液和3.5%NaCl溶液中浸泡过的试样表面有钝化层生成,主要成分为α-Fe2O3和γ-Fe2O3。通过对比测试前后的金属基材的SEM照片中可以发现,3.5%NaCl溶液中浸泡过的试样在钝化层表面出现大量的点蚀孔,而在0.5mol·L-1 H2SO4溶液中浸泡过的试样表面相对其他样品表面分布少量的针孔,电化学性能优良。通过试验总结出聚苯胺在中性和酸性溶液中制钝过程机理,并指出这一过程是一个缓慢的过程,电解液的浸入对钝化层的破坏和钝化层的生成是竞争的过程。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-24
  1.1 研究意义  10-11
  1.2 聚苯胺简介  11-19
    1.2.1 聚苯胺结构特点  11-12
    1.2.2 聚苯胺的制备方法  12-14
    1.2.3 聚苯胺的掺杂和导电机理  14-15
    1.2.4 聚苯胺防腐蚀机理  15-16
    1.2.5 聚苯胺防腐蚀涂料的简介  16-19
  1.3 水性树脂的介绍  19-22
    1.3.1 水性树脂的分类  19-20
    1.3.2 水性树脂涂料的特点  20-21
    1.3.3 水性醇酸树脂涂料的应用  21-22
  1.4 研究思路、内容及目的  22-24
第2章实验方法  24-34
  2.1 聚苯胺的制备和表征  24-27
    2.1.1 原料和试剂  24
    2.1.2 采用乳液法进行聚苯胺的制备  24-25
    2.1.3 聚苯胺的表征  25-27
  2.2 涂层的制备和检测方法  27-34
    2.2.1 原料与试剂  27
    2.2.2 涂层制备方法  27
    2.2.3 涂层的电化学性能的研究  27-31
    2.2.4 涂层的盐雾检测  31-32
    2.2.5 X 射线光电子能谱  32-34
第3章聚苯胺微观分析和防腐蚀性能检测  34-42
  3.1 聚苯胺微观分析  34-37
    3.1.1 聚苯胺SEM表征  34
    3.1.2 聚苯胺红外光谱分析  34-35
    3.1.3 聚苯胺拉曼光谱分析  35
    3.1.4 聚苯胺XRD分析  35-36
    3.1.5 聚苯胺热稳定性分析  36
    3.1.6 聚苯胺导电率的测定  36-37
  3.2 聚苯胺的防腐蚀性能表征  37-40
    3.2.1 电化学性能测试  37-40
    3.2.2 聚苯胺涂层耐盐雾性能的检测  40
  3.3 小结  40-42
第4章填料对聚苯胺涂层防腐性能影响  42-68
  4.1 纳米SiO_2 对聚苯胺涂层防腐性能影响  42-54
    4.1.1 SEM表征  43
    4.1.2 纳米SiO_2 对聚苯胺涂层防腐蚀性能的影响  43-53
    4.1.3 含有不同量的纳米SiO_2 涂层盐雾性能检测  53
    4.1.4 纳米SiO_2对提高聚苯胺水性涂层耐蚀性机理分析  53-54
  4.2 玻璃鳞片对聚苯胺涂层的防腐蚀性能的影响  54-67
    4.2.1 玻璃鳞片简介  54-55
    4.2.2 玻璃鳞片微观结构表征  55
    4.2.3 玻璃鳞片对聚苯胺涂层的防腐蚀性能的影响  55-63
    4.2.4 含有不同量的玻璃鳞片的涂层盐雾性能检测  63-64
    4.2.5 2#涂层的寿命曲线  64-65
    4.2.6 玻璃鳞片对提高聚苯胺水性涂层耐蚀性机理分析  65-67
  4.3 小结  67-68
第5章聚苯胺防腐蚀机理的探讨  68-78
  5.1 盐雾试验  68
  5.2 金属基材电化学和微观结构分析  68-76
    5.2.1 金属基底在3.5%NaCl溶液中电化学测试  69-70
    5.2.2 对金属表面进行SEM表征  70-71
    5.2.3 对样品表面进行XPS分析  71-76
  5.3 小结  76-78
结论  78-80
  结论  78-79
  本文的创新点  79
  展望  79-80
参考文献  80-84
攻读硕士期间发表的学术论文  84-85
致谢  85

聚苯胺水性防腐蚀涂料的研制

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