新型水基聚苯胺复合防腐涂料的制备及其性能研究
李 炎 张燕南 可同欢 刘方方* （ 河北科技大学 化学与制药工程学院，河北石家庄 050018）
0 引言
金属的严重腐蚀，给国民经济带来巨大的损失，目前对金属设备的防护主要还是以涂覆防腐蚀涂料为主。由于涂层本身的缺陷，难以作为物理阻隔层完全阻止氧气、氢离子等对金属的腐蚀，并且多数防腐涂料的溶剂对环境有破坏作用，使其应用受到限制。聚苯胺（PANI）作为一种新型功能高分子材料，具有成本低、合成简单、高化学稳定性和环境稳定性等优点，在能源、电磁屏蔽、防腐和电致变色等领域具有广阔的应用前景。本文通过乳液聚合法合成PANI- 石棉复合材料，并以其为主要防腐填料，以性能优良的聚合物乳液为成膜物来制备防腐涂料，考察了其在普通铁片上的防腐性能（电化学性能）［1-4］。
1 试验部分
1.1 原料和仪器
主要原料：苯胺、十二烷基苯磺酸、过硫酸铵、石棉粉、聚合物乳液、云母、水基沥青、磷酸锌、纳米二氧化硅、鳞片、偶联剂等。
主要仪器：聚合装置、电热恒温鼓风干燥箱、上海辰华电化学工作站等。
1.2 PANI- 石棉复合材料的合成
首先将一定量的石棉粉与十二烷基苯磺酸一并加到反应釜中，按照乳液聚合法合成聚苯胺的工艺，以十二烷基苯磺酸为乳化剂，过硫酸铵为引发剂来制备聚苯胺，反应数小时后，将产物干燥，粉碎，即得 PANI- 石棉复合物 。
1.3 防腐涂料的配制
将PANI- 石棉复合物、聚合物乳液、沉淀白炭黑、云母、沥青、磷酸锌、纳米二氧化硅、鳞片按一定比例混合，研磨，制得黏度适中的涂料。
1.4 聚苯胺防腐涂层的制备
1.4.1 铁片的预处理
用150 目和600 目金相砂纸将80 cm×45 cm×1 cm的铁片打磨成镜面，然后浸入丙酮和乙醇中预处理，以除去有机杂质，后将铁片用蒸馏水淋洗，丙酮干燥，待用。
1.4.2 涂层的制备
将配制好的涂料均匀涂覆在准备好的铁片上，按GB 1727—92《漆膜一般制备法》制备聚苯胺漆膜，自然晾干，待测［5-12］。
1.5 涂层电化学性能测试
实验中主要通过电化学方法，分别用循环伏安曲线与电化学阻抗谱来考察此涂层的防腐蚀能力，具体操作过程为：将所配制的防腐涂料与未添加聚苯胺防腐填料的涂料分别涂覆于10 mm×10 mm×1 mm的不同铁片的其中一面，再准备一个空白铁片，然后把3 块铁片的另一面用石蜡封住，从未被封蜡的一面（即有涂层的一面）引出导线，与电化学测试系统连接在一起。然后将3 块铁片分别浸于5% 的NaCl 溶液中，在密封的条件下对涂层分别进行了循环伏安曲线和电化学阻抗测试。
2 结果与讨论
2.1 循环伏安曲线分析
采用三电极系统，铂电极为对电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，铁片试样为工作电极，使用电化学工作站对以上的防腐蚀体系进行数次循环伏安曲线测试，先随机设定变化区间参数，然后根据每个体系所得曲线的不同变化区间，再重新设定区间端点，以得到能反映防腐蚀过程的循环伏安曲线（图1）。
在上述曲线中，纵坐标表示所形成电路中的电流强度，横坐标表示施加在电路中的电位差。在图1c 中，0.5 V附近出现的氧化峰是聚苯胺从完全还原状态转变成中间氧化状态，峰值电流约0.001 8 A/cm2，1.0 V 附近出现的氧化峰为聚苯胺从部分氧化状态转变为完全氧化状态，聚苯胺在转变的电位区表现出高的导电性；图1a 中并没有出现明显的氧化峰；图1b 中，在0.9 V 左右处出现一个氧化峰。由此可以看出：随着聚苯胺的加入，出现个氧化峰的电压逐渐减小，峰值电流也在逐渐减小，在整个过程中，氧化峰电压降到0.5 V 左右，峰值电流只有0.11 A/cm2。这可能是由于在金属的腐蚀过程中，产生一系列强烈吸附在电极表面的物质，这些物质占据着电极表面的活性中心，毒化电极，从而使电极的活性降低，这也体现了聚苯胺明显的防腐效果。此外，虽然几条曲线的电压/ 电流变化区间端点有所不同，但是随着所加电压的不断变化，反应过程的电流也会不断变化，从而形成一个个闭合回路，其中所形成回路的面积大小就表明了电流的波动大小。图1a 和图1b 所形成的闭合回路面积较大，说明其电流随电压的变化而波动较大，其中图1a 的数条闭合曲线重合度不及图1b，即图1b的涂层起到了一定的缓蚀作用，图1c 在反应阶段始终很稳定，尽管电压变化大（变化了1.8 V），但整个反应过程中电流波动却非常小（电流变化了0.002 A），这说明涂有含聚苯胺涂层的铁片的腐蚀速度明显比其他两块铁片缓慢，即前者涂层具有优良的防腐性。
