还原态与掺杂聚苯胺的制备及其防腐蚀性能研究

摘要

导电高分子聚苯胺(PANI)因在众多共扼导电聚合物中性质稳定，具有独特的掺杂机制和优异电化学性能而极具研究价值，尤其在腐蚀领域中具有很好的前景。 本文首先通过改进合成条件的化学氧化法合成了聚苯胺，经氨水脱掺杂获得本征态聚苯胺(PANI)，再经盐酸、对甲苯磺酸(TSA)、和十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂，分别获得到质子酸掺杂的聚苯胺样品，然后在N，N-二甲基甲酰胺中，利用苯肼，在N<,2>氛围下还原本征态聚苯胺得到还原态的聚苯胺。借助扫描电镜、元素分析、紫外可见光谱和红外光谱对它们进行了表征，比较了室温下样品的电导率和在有机溶剂中的溶解率。结果表明，还原本征态聚苯胺破坏了聚苯胺链中的醌二亚胺的共轭结构，电导率和溶解性能均下降；质子酸掺杂本征态聚苯胺后分子链上的电荷离域程度增加，有利于电子流动，从而提高其电导率。有机质子酸掺杂本征态聚苯胺后反离子可悬挂在聚苯胺的侧链，从而起到接枝增溶作用。其中以对阴离子较大的DBSA掺杂聚苯胺的溶解性和导电性最好。 按照一定配方制得还原态聚苯胺/环氧树脂涂料，通过旋转涂覆于不锈钢表面，通过电子扫描电镜研究了膜层形貌及厚度，利用开路电位时效法、动电位扫描Tafel极化曲线、交流阻抗等电化学方法，考察了在3.5﹪的NaCl溶液中膜层对不锈钢的防腐蚀性能。结果表明，还原态聚苯胺涂层可以使不锈钢的自腐蚀电位升高142 mV，腐蚀电流降低了10倍。还原态聚苯胺可以使不锈钢表面钝化，形成长效保护，且比本征态聚苯胺有更好的防腐蚀效果。 以羟基丙烯酸树脂乳液为成膜物质与制备的掺杂态聚苯胺共混，制得掺杂态聚苯胺/羟基丙烯酸树脂涂料，通过旋转涂覆于金属镁表面，通过电子扫描电镜研究了膜层形貌及厚度，利用开路电位时效法、动电位扫描Tafel极化曲线、交流阻抗等电化学方法，考察了在3.5﹪的NaCl溶液中膜层对不锈钢的防腐蚀性能，并与本征态聚苯胺作了比较。研究结果表明，掺杂态聚苯胺涂层可以使金属镁的自腐蚀电位升高，腐蚀电流降低，且比本征态聚苯胺有更好的防腐蚀效果。这其中又以对阴离子尺寸较大的十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺效果最好。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1导电聚合物的研究概况

1.2聚苯胺

1.2.1聚苯胺的合成

1.2.2聚苯胺的链结构与掺杂

1.3聚苯胺的腐蚀防护特性

1.3.1聚苯胺的防腐机理

1.3.2聚苯胺防腐蚀涂料的特性

1.4聚苯胺防腐涂料

1.4.1金属的腐蚀与防护

1.4.2聚苯胺复合防腐涂料

1.5本论文的研究内容、创新和意义

1.5.1本论文的研究内容

1.5.2创新之处

1.5.3研究意义

第二章还原态聚苯胺、掺杂聚苯胺的合成与表征

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1实验仪器和实验试剂

2.2.2测试仪器

2.2.3实验方法

2.3结果与讨论

2.3.1形貌分析

2.3.2元素分析结果

2.3.3紫外-可见光光谱解析

2.3.4红外光谱解析

2.3.5溶解度测定

2.3.6电导率的测定

2.4小结

第三章还原态聚苯胺/环氧树脂防腐蚀涂层的制备及性能研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验仪器

3.2.2实验试剂

3.2.3测试电极的制备

3.2.4测试表征

3.3结果与讨论

3.3.1膜层的SEM图

3.3.2开路电位时效法分析

3.3.3 Tafel极化曲线测试

3.3.4电化学交流阻抗测试

3.4小结

第四章掺杂聚苯胺/羟基丙烯酸树脂防腐蚀涂层的制备及性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验仪器

4.2.2实验试剂

4.2.3工作电极的制备

4.2.4测试表征

4.3结果与讨论

4.3.1膜层的SEM图

4.3.2开路电位时效分析

4.3.3 Tafel极化曲线测试

4.3.4交流阻抗测试

4.4小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢