聚苯胺/聚丙烯酸酯包裹炭黑乳液的制备及防腐蚀性能研究

论文摘要

金属防腐涂料因为含有挥发性物质污染环境,而水性涂料具有无毒、环保的优点,研究水溶性聚合物对金属的缓蚀性能将会扩展聚合物在腐蚀领域的应用范围。聚苯胺具有金属防腐蚀的功能,可在金属表面形成致密的氧化膜;水性聚丙烯酸酯具有较好的成膜性以及光泽度,耐蚀力强;而炭黑具有球形、片状结构,导电、自润滑的特点。采用乳液聚合法制得聚合物包裹炭黑的复合涂料,大大提高了聚合物的防腐蚀效果。本文对不同条件下的聚苯胺、聚丙烯酸酯包裹炭黑乳液的腐蚀电流的测定,确定了两种体系的最优反应条件。在聚苯胺体系中,当反应时间为4h,聚合温度为25℃,nSDS:nAn=1.5,nAPS:nAn=1.5,炭黑与苯胺的质量比为0.5%,酸的种类为盐酸,pH为2时所得的乳液的稳定性好,成膜性也较好。在3.5wt%Nacl腐蚀介质中,碳钢的腐蚀电流为10-5.94A/cm2,涂饰聚苯胺乳液后为10-7.94A/cm2,涂饰聚苯胺包裹炭黑乳液后为10-8.92 A/cm2;电化学阻抗谱（EIS）也表明以聚苯胺包裹炭黑乳液做涂层防腐蚀效果较纯聚苯胺好;扫描电镜和电子显微镜表明聚苯胺与炭黑形成了聚苯胺包裹炭黑的乳液。而在聚丙烯酸酯体系中,当mAPS:mSDS:mMMA:mBA =1:20:100:100,炭黑的质量占MMA单体的0.2%时,该水性涂料作为A3碳钢的涂层在3.5wt%NaCl溶液的腐蚀环境中,腐蚀电流为0.79μA,较纯聚丙烯酸酯涂层的1.58μA低;电化学阻抗谱（EIS）也表明:以聚丙烯酸酯包裹炭黑乳液做涂层防腐蚀效果较纯聚丙烯酸酯好,其阻抗值有很大提高;扫描电镜显示大部分炭黑粒子均匀分散在聚丙烯酸酯胶团中,由此制备聚丙烯酸酯包裹炭黑的水性涂料且提高了其防腐蚀性能。聚苯胺与聚丙烯酸酯乳液共混实验表明:共混以提高其附着力,但防腐效果却大大降低,可能是聚苯胺分子被破坏,影响其形成钝化膜,同时酸性介质加速了其腐蚀速度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 综述
• 1.1 前言
• 1.2 聚苯胺
• 1.2.1 聚苯胺（PANI）的结构
• 1.2.2 聚苯胺的掺杂
• 1.2.3 聚苯胺的腐蚀防护特性和机理
• 1.2.4 聚苯胺在防腐蚀领域的研究进展
• 1.3 聚丙烯酸酯
• 1.4 炭黑
• 1.4.1 炭黑的基本结构
• 1.4.2 炭黑基本性质
• 1.4.3 炭黑填充导电材料
• 1.5 乳液聚合法制备水性涂料用于防腐
• 1.6 聚合物中加入炭黑的包裹机理
• 1.7 复合性材料的研究现状
• 1.8 课题选择及研究内容
• 第二章 聚苯胺包裹普通炭黑/亚微米炭黑/纳米炭黑的乳液合成
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验所用仪器
• 2.1.3 聚苯胺的合成
• 2.1.4 炭黑的粒径分析及分散
• 2.1.5 聚苯胺包裹三种炭黑的乳液合成
• 2.2 反应条件对聚苯胺乳液性能的影响
• 2.2.1 聚苯胺包裹普通炭黑乳液
• 2.2.2 聚苯胺包裹亚微米炭黑乳液
• 2.2.3 聚苯胺包裹纳米炭黑乳液
• 第三章 聚苯胺包裹亚微米炭黑乳液的表征
• 3.1 傅里叶红外（FTIR）吸收光谱
• 3.2 SEM 检测结果及分析
• 3.3 电子显微镜检测结果及分析
• 第四章 聚苯胺包裹亚微米炭黑乳液防腐蚀性能测定
• 4.1 极化曲线与腐蚀电流的测定
• 4.1.1 钢板预处理
• 4.1.2 不锈钢工作电极的制备
• 4.1.3 聚苯胺/亚微米炭黑的Tafel 极化曲线测试
• 4.2 电化学阻抗谱
• 4.2.1 裸钢与涂有聚苯胺/炭黑的阻抗测试
• 4.2.2 环氧树脂作为面漆的阻抗测试
• 第五章 聚丙烯酸酯包裹亚微米炭黑的表征及性能测试
• 5.1 纯聚丙烯酸酯的合成
• 5.1.1 聚丙烯酸酯化学的反应方程式
• 5.1.2 实验试剂及所用仪器
• 5.1.3 实验步骤
• 5.2 包裹了炭黑的聚丙烯酸酯水性涂料的制备
• 5.3 不同的实验条件对实验结果的影响
• 5.3.1 合成条件对防腐蚀性能的影响
• 5.3.2 pH 的影响
• 5.4 傅立叶红外光谱（FTIR）谱图的分析
• 5.5 扫描电镜图谱分析（SEM）
• 5.6 聚丙烯酸酯包裹炭黑的防腐蚀效果比较
• 5.7 阻抗分析实验
• 5.8 聚苯胺/聚丙烯酸酯乳液共混
• 5.8.1 实验部分
• 5.8.2 阻抗检测分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文