碳納米管-聚苯胺核殼型復(fù)合材料的制備及其防腐性能研究.pdf

1、聚苯胺(PANI)作為一種導(dǎo)電高分子，因其具有環(huán)境友好性、導(dǎo)電性和電化學(xué)活性等特點(diǎn)，使其在防腐材料領(lǐng)域顯示出極其廣闊的應(yīng)用前景。大量文獻(xiàn)報(bào)道，綠色環(huán)保的聚苯胺涂料憑借PANI自身電化學(xué)氧化還原活性的性質(zhì)，可發(fā)揮出環(huán)氧樹脂等常規(guī)防腐涂料所不具備的電化學(xué)防腐作用，大大提高其腐蝕防護(hù)效率。然而由于PANI獨(dú)特的質(zhì)子酸摻雜機(jī)制，當(dāng)環(huán)境pH＞4時(shí)會去摻雜，導(dǎo)致導(dǎo)電性和電化學(xué)活性的消失，在海洋防腐等高pH(pH≥7)的應(yīng)用場合，其電化學(xué)防腐作用難以

2、發(fā)揮，成為PANI防腐應(yīng)用的一大障礙。本文從如何使PANI在高pH環(huán)境中保持其電化學(xué)活性入手，研究了碳納米管摻雜PANI的結(jié)構(gòu)以及其熱電性能;同時(shí)也進(jìn)一步研究了其在防腐涂層中的防腐機(jī)理和防腐性能。
　　1.以羧基化碳納米管作為電荷轉(zhuǎn)移摻雜劑，采用原位氧化聚合法制備了碳納米管/聚苯胺(C-PANI)復(fù)合材料。采用透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、紫外可見光譜(UV-Vis)、X射線衍射(XRD)、熱重分析(T

3、GA)、循環(huán)伏安曲線(CV)、電導(dǎo)率測試等于段對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征，結(jié)果表明C-PANI復(fù)合材料呈現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)，其形貌和結(jié)晶性可通過羧基化碳納米管(C-MWNTs)和苯胺單體的比例來調(diào)控。相比于聚苯胺(PANI)，C-PANI復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和電導(dǎo)率明顯提高;其間C-MWNTs和PANI通過π-π共軛作用和氫鍵作用形成了一種“電荷轉(zhuǎn)移橋”，使得其在酸性、中性甚至堿性(pH12)環(huán)境中仍然具有優(yōu)異的電化學(xué)活性。
　　2.將

4、碳納米管/聚苯胺(C-PANI)復(fù)合材料按不同比例填充在水性環(huán)氧改性丙烯酸樹脂(EA)中，制備成C-PANI填充型EA復(fù)合涂層。以聚苯胺(PANI)、石墨烯片(Graphene)、石墨烯片/聚苯胺(G-PANI)作為對比防腐填料以揭示C-PANI防腐機(jī)理。采用光學(xué)顯微鏡(OM)、循環(huán)伏安曲線(CV)、電化學(xué)交流阻抗(EIS)、塔菲爾極化曲線(Tafel Plot)、X射線光電子能譜(XPS)等測試技術(shù)對填料的性質(zhì)和涂層防腐性能進(jìn)行研究，

5、結(jié)果表明相比于純EA涂層，C-PANI填充型EA復(fù)合涂層的防腐性能得到明顯提升，以填充量3wt％為最佳。與PANI、Graphene、G-PANI其他填料相比，C-PANI更容易在EA涂層中分散，并且涂層在酸性、中性及堿性環(huán)境中的防腐性能最佳。這與其在廣泛的pH環(huán)境中仍然保持較強(qiáng)的電化學(xué)活性密切相關(guān)。此外，C-PANI填充型EA復(fù)合涂層在酸性溶液中主要表現(xiàn)為電化學(xué)防腐，而在中性和堿性溶液中主要表現(xiàn)為物理阻隔防腐。
　　3.按照一定

6、配方制得環(huán)氧漿料，將碳納米管/聚苯胺(C-PANI)、聚苯胺(PANI)、石墨烯片/聚苯胺(G-PANI)分別作為防腐填料加入到環(huán)氧漿料中，制備成幾種不同的填充型環(huán)氧復(fù)合涂料。通過對涂層的厚度測試、機(jī)械力學(xué)測試、表面電阻測試、浸泡實(shí)驗(yàn)測試、耐鹽霧實(shí)驗(yàn)測試，主要研究比較了這幾種聚苯胺基材料對環(huán)氧涂料綜合性能的影響，以揭示C-PANI在環(huán)氧漿料中的應(yīng)用價(jià)值。結(jié)果表明采用噴涂方式制備的涂層厚度基本維持在40±5μm。其中，空白環(huán)氧涂層具有良好