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单组分水性环氧聚苯胺防腐底漆的研制


涂料工业:

1991年,美国Los Alamos国家实验室(LANL)和美国宇航局(NASA)联合研究组首次成功地将导电聚合物应用于钢铁防腐,得到优良的防腐效果,并且证实了掺杂聚苯胺涂层对涂层划伤处的防腐性后,合成具有防腐性能的聚苯胺成为关注的热点。金属腐蚀:通常情况下是指金属与环境介质产生物理、化学或有电化学作用而遭到破坏的现象。金属腐蚀现象和危害广泛的存在于日常生活与工业生产中,因腐蚀导致的直接经济损失相当巨大。依据美、英两国全面的金属侵蚀调查报告指出,由于腐蚀而造成的经济损失每年占美国GDP的3.5%和英国的4.2%。根据数据估计,全球范围内每一年因由腐蚀而不能正常使用的金属材料设备和设施,约等于当年全世界金属物质总产量的20%~40%,而其中一小部分被腐蚀金属物质,会因腐蚀作用而无法重复再用。虽然我们的国家此前一段时间并没有对因金属受到腐蚀而造成的经济损失总量作出全面的统计统计,但是仅就20世纪90年代末我们国家就工业及自然条件,腐蚀初步的统计调查结果,再加上国外一些较发达国家的对腐蚀损失的相关统计结果、数字,以及综合性的考虑我国的腐蚀防护条件不及世界上一些更发达国家基本情况。可以预计我们国家因由金属基体材料的受到环境腐蚀,而造成的社会经济损失总量也是相当巨大的。

聚苯胺采用机械涂膜的方法在金属,如冷轧钢、低碳钢、铝、铜等表面形成均匀完整的聚苯胺防腐膜,其防腐的机理是使金属钝化,在金属表面形成起保护作用的氧化层,且涂覆适合的涂层可以导致腐蚀电势迁移,从而降低金属的腐蚀速率。

自1984年被美国宾西法尼亚大学的化学家MacDiarmid等重新开发 ,化学结构式表示如下:

合成的聚苯胺在一定溶剂环境下与一些特定的无机物进行原位插层聚合,获得具有电子传递的、氧化-还原交替变化的结构有机-无机杂化纳米材料,成功制备出既有缓蚀功能,又有良好加工性能的聚苯胺。由本技术制备的聚苯胺有机-无机杂化纳米材料可以在水性或油性溶剂中溶化形成类似溶液般均匀分散,经久不会沉淀。

1.实验部分


1.1原材料

实验设备及仪器见表1。

表1 实验设备及仪器


1.2原材料

水性环氧树脂(上海涂料所);水性色浆(自制);水性聚苯胺浆(30%固含);(上海羽唐);润湿分散剂(上海涂料所);增稠剂(陶氏公司);去离子水(自制)。

1.3涂料配方

水性防腐底漆涂料配方见表2。

表2 水性防腐底漆涂料配方


1.4水性涂料的制备

将水性环氧树脂和多功能分散机中,400 r/min低速分散均匀,将去离子水和水性聚苯胺预分散均匀备用,待两项分散均匀后,将两项高速分散均匀并加入增稠剂调节至施工黏度。喷涂后常温养护7天待测。

1.5性能测试

对漆膜的膜厚、附着力、柔韧性、耐冲击、硬度、耐盐雾、黏度、表干、 实干、固化、耐酸碱等性能进行了测试。

2. 结果与讨论


2.1聚苯胺的性能指标

聚苯胺的SEM表征图如图1所示。


图1聚苯胺的SEM表征图

从SEM表征图可以看到合成的聚苯胺颗粒大小比较均一。

聚苯胺的UV-Vis图谱如图2所示。

图2聚苯胺UV-Vis

在图2中可以发现,聚苯胺的吸收量大于掺杂聚苯胺本征态,掺杂态在 334 nm出现一个吸收峰相较本征态聚苯胺红移,在 638nm 处的较宽吸收是则由于 n-n*电子对应于苯环一醌环结构的电荷转移跃迁所造成的紫外吸收。在639nm处产生的红移说明掺杂作用主要是发生在聚苯胺醌式氮原子上,而不是苯式氮原子上。聚苯胺经掺杂后,与其本征态相比,分子间的相互作用力明显下降,结构上以自由链形态存在,电子跃迁的能级得以降低,从而出现红移。

2.2聚苯胺底漆防腐性能

在底漆中分别加入0%~2%的水性聚苯胺浆(30%固含),养护7天后进行盐雾、耐酸碱及耐盐水实验。其中耐酸碱使用的是浓度为5%的硫酸及5%的氢氧化钠,耐盐水实验使用的是3.5%的食盐水。测试结果如下表3所示。

表3 底漆防腐性能测试


从上表可以看出随着聚苯胺加入量的增加,防腐性能逐渐增加。在添加量为2%时防腐性能和经济性能最优。因此聚苯胺的最佳添加量为2%。

2.3聚苯胺防腐底漆技术指标

聚苯胺添加量为2%时的技术指标如下表4所示。

表4 聚苯胺漆膜性能


3. 结语


通过一系列实验发现,使用水性聚苯胺后底漆防腐性能有明显的提升。在添加量为2%时各项性能达到最优。因此聚苯胺最佳添加量为2%。

参考文献略


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