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亚大丰晖 环境友好防腐材料--聚苯胺纳米复合材料的制备及其研究进展【聚苯胺防腐漆】

发布时间:2023-11-29

聚苯胺(PANI)作为一种导电聚合物,广泛用于废水处理材料[1-3]、导电材料[4-5]、吸波 材料[6]以及光电显示材料[7-9]。自从 De Berry 等[10]报道了 PANI 对不锈钢的防腐作用后,PANI 在金属防腐领域得到了广泛的应用[11-12]。Jeyaprabha 等[13]报道 PANI 结构中存在许多重复单 元结构,这些单元结构在金属表面起缓蚀剂的作用。众多研究表明,PANI 能使钢表面形成 钝化层,从而提高腐蚀电位,降低腐蚀速率,抑制腐蚀性物质的渗透[14],是钢的有效缓蚀剂 [15-17]。通过电化学聚合,苯胺单体可以直接沉积在金属基底上,形成保护层[18-19]。然而,由 于电沉积 PANI 的多孔结构和与金属基体的附着力较弱[20],涂层的耐腐蚀性并不理想。为了 提高防腐效果,常将 PANI 作为添加剂混入高分子树脂中制备复合涂料,可将有机涂料良好 的附着力和阻隔性与 PANI 的电活性结合起来[21]。复合涂层的防护性能与 PANI 在涂层基体 中的溶解度和分散性密切相关[22]。因此,用酸掺杂或不同纳米材料对 PANI 进行复合改性, 可以提高涂层的溶解度和防腐性能,也能有效解决 PANI 与金属基材之间附着力差的问题, 有效提高 PANI 涂料的防腐性能[23-24]。大量研究结果表明,改性聚苯胺防腐涂料的防腐性能 比常规防腐涂料有明显提高[25-27],改性 PANI 防腐材料的开发是防腐涂料研发领域的热点[28]。

导电性聚合物自引入金属腐蚀与防护领域以来,其高导电性对防护基体耐腐蚀性能的影 响往往被视为“双刃剑”。聚苯胺作为防腐领域应用最广泛的导电聚合物之一,主要通过氧 化还原作用促使金属表面形成致密的氧化膜,使金属处于钝化区,从而降低腐蚀速率。聚苯 胺的氧化还原作用要求它在涂层中形成具有高导电性的导电网络。在涂覆强导电涂层的金属 基材表面,首先,掺杂改性可以使复合材料高度分散和活化,从而更好地中和并防止基材的 电位上升。其次,通过添加纳米颗粒,可以有效降低材料的电导率,从而有效避免电偶腐蚀 的风险。

作为一种新型复合材料,PANI 复合材料仍然面临许多挑战:(1)到目前为止,仍未有 一种能全面解释 PANI 防腐蚀作用的明确机理。其防腐机理仍需进一步研究,以形成完整系 统的理论体系,为后续功能化 PANI 材料的开发和防腐新技术的应用提供理论基础。(2) 由于 PANI 本身的多孔性和低附着力,必须与其他组分复配才能达到理想的防腐性能。但是 PANI 复合材料的制备存在工艺复杂,同时破乳剂挥发和滤液排放时存在污染环境等诸多问 题。在实际应用过程中,环境因素(如湿度、温度、pH 等)对防腐性能有很大影响,但目前 这方面的研究很少,急需加强这方面的深入研究。为了由被动变为主动,可以用缓蚀效果好 的掺杂剂对 PANI 进行改性,制备具有主动保护功能的“智能”防腐材料:即在 PANI 中掺杂 具有缓蚀作用的掺杂剂,将 PANI 作为缓蚀剂的记忆体,按需释放缓蚀剂[69]。相信随着研究 的深入,复合材料的性能会不断提高,开发长期稳定、耐腐蚀性强的“智能”PANI 复合防 腐材料将是未来的研究趋势。



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