聚苯胺原位聚合改性氧化石墨烯制备复合涂层及其耐腐蚀性能研究

摘要

目的提高聚苯胺(PANI)涂层的腐蚀防护性能,并明确其防腐机理。方法通过原位聚合的方法,采用PANI对氧化石墨烯(GO)进行功能化修饰,并对其在GO表面的生长状态进行调控。利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、拉曼光谱仪(Raman)和场发射高分辨扫描电镜(FESEM),对功能化GO的结构和形貌进行表征和分析;然后将其引入到聚苯胺涂层中,制备PANI/GO复合涂层。采用电化学阻抗谱(EIS)详细研究PANI涂层以及不同的PANI/GO复合涂层对不锈钢基材的腐蚀防护效应,并对其耐腐蚀机制进行探讨。结果PANI均匀地生长在GO片层上,其结构与形貌可以通过控制苯胺的添加量进行有效调控,且PANI的原位聚合促进了GO的片层剥离及舒展,改善了其分散性以及与涂层间的相容性。与单一PANI涂层相比,PANI/GO复合涂层的稳定开路电压值较大,且当苯胺与GO的质量比为5︰1时,获得的功能化GO的分散效果最佳,对聚苯胺涂层的腐蚀防护性能增强效果最为显著。此时复合涂层表现出最大的容抗弧直径,且电化学阻抗谱拟合后的电荷转移电阻最大,双电层电容最小。结论PANI涂层本身可以在金属表面形成具有屏蔽作用的保护层,但其非致密的形态结构及腐蚀环境下的分子构型变化损害了涂层的腐蚀防护性能。通过功能结构化GO的复合,尤其是在GO分散性最佳的状态下,可有效提高涂层的致密性和抗渗透性,并且可抑制因质子反应导致的分子构型变化对涂层结构的破坏,从而增强涂层的腐蚀防护性能。