聚苯胺防腐涂

聚苯胺是一種新型的金屬防腐保護(hù)材料，與常規(guī)緩蝕劑相比沒(méi)有任何的環(huán)境副作用，是一種符合時(shí)代和科技發(fā)展的綠色緩蝕劑，成為當(dāng)前研究.多的導(dǎo)電高分子材料。

傳統(tǒng)的金屬防護(hù)方法有使用緩蝕劑、電鍍惰性材料、鈍化金屬形成致密鈍化膜、陰極保護(hù)及涂層等方法。從實(shí)際使用效果來(lái)看，緩蝕劑使用方便但是效率低；電鍍惰性貴金屬效果好但成本高；陰極保護(hù)適用于一些特定的環(huán)境中；涂層防護(hù)法方便、簡(jiǎn)單，使用.廣，但涂層的防護(hù)效果取決于涂層的阻隔性能，為提高涂層的阻隔性能，往往在涂料中添加片狀材料或/和氧化性金屬鹽。添加片狀材料或/和氧化性金屬鹽的加入不能避免涂層的缺陷，如：涂層微孔，致密度低，難以阻止空氣、水及鹽離子等腐蝕介質(zhì)進(jìn)入涂層，造成金屬腐蝕；涂層中的無(wú)機(jī)片狀材料（玻璃鱗片、云母、玄武巖鱗片等）與樹(shù)脂親和力差，容易產(chǎn)生分相現(xiàn)象形成界面微裂隙，加速腐蝕介質(zhì)滲透，造成金屬腐蝕。即使無(wú)機(jī)鱗片用偶聯(lián)劑表面處理，其仍存在與樹(shù)脂材料膨脹系數(shù)不同現(xiàn)象，仍會(huì)出現(xiàn)相分離現(xiàn)象形成氣孔，形成腐蝕介質(zhì)通道，造成金屬腐蝕。氧化性金屬鹽的添加，也可能由于重金屬的污染對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。

聚苯胺防腐涂層的制備方法

目前，聚苯胺防腐蝕涂層的制備方法有以下幾種:
(1) 電化學(xué)沉積法
電化學(xué)沉積法是指通過(guò)電化學(xué)的方法在金屬表面沉積形成聚苯胺涂層，主要包括恒電流法、恒電位法、脈沖極化法和動(dòng)電位掃描法。聚苯胺一般都是在酸性溶液中進(jìn)行聚合。由于電極材料、電位以及電解質(zhì)溶液的pH 值等對(duì)苯胺的聚合都有一定影響，所以當(dāng)前這種制備聚苯胺涂層方法采用的條件仍然不統(tǒng)一。Bemard M C 等采用恒電位法合成聚苯胺膜，并研究了其在不同酸性條件下對(duì)基體表面鈍化作用的影響。但是這種方法很難應(yīng)用于較大的金屬部件，因此其應(yīng)用還是有限的。
  (2) 共溶
共溶是指將聚苯胺與傳統(tǒng)的聚合物溶劑混合使其形成共溶物進(jìn)行涂覆，待溶劑揮發(fā)后會(huì)形成涂層。這種方法也具有一定的缺點(diǎn): 因?yàn)榫郾桨吩谟袡C(jī)溶劑中的溶解度較低，雖然在高沸點(diǎn)溶劑中有一定的溶解度，但是這些溶劑的沸點(diǎn)均較高，對(duì)涂層質(zhì)量有一定的影響。而且這些溶劑大都有毒，也比較昂貴，應(yīng)用方面受到限制。Mari 等采用該方法開(kāi)發(fā)了聚苯胺環(huán)氧樹(shù)脂防腐蝕涂料。

(3) 共混
共混是指將聚苯胺作為現(xiàn)有防腐涂料的添加劑，與常規(guī)涂料如環(huán)氧樹(shù)脂等混合使用進(jìn)行涂敷，利用聚苯胺和其他組分間的相互作用以及化學(xué)鍵作用來(lái)提高這種共混涂料的防腐性能。這種方法是當(dāng)前研究聚苯胺防腐應(yīng)用.多的方法，研究表明通過(guò)聚苯胺與樹(shù)脂共混制備的防腐涂料不但具有陽(yáng)極保護(hù)作用，而且附著力以及對(duì)水的屏蔽作用都優(yōu)于前面兩種方法。

聚苯胺防腐涂料的優(yōu)點(diǎn)

防腐涂料是一種以防止金屬被環(huán)境腐蝕作為主要目的的涂料，應(yīng)具備涂料的各項(xiàng)基礎(chǔ)性能、加工性能以外，還應(yīng)該兼具下列特征：

（1）耐腐蝕性能好；

（2）涂層較厚且各種小粒子無(wú)法透過(guò)涂層；

（3）耐候性好，擁有一定的抵抗紫外光照射且環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)；

（4）使用壽命長(zhǎng)，相對(duì)于其他種類的涂料，防腐涂料需要更長(zhǎng)的有效時(shí)間。

相對(duì)于其他種類的防腐涂料體系，添加有聚苯胺的防腐涂料體系附加的還具有下面幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）因聚苯胺特殊的防腐機(jī)理，從而在理論上要達(dá)到普通的防腐涂料所具有的防腐效果，聚苯胺涂膜的厚度只達(dá)到需20?m即可。

（2）市售的普通防腐涂料往往普遍含有如Cr,Pb, Zn等重金屬，而聚苯胺防腐涂料不含，因此在使用過(guò)程中不會(huì)像普通涂料那樣出現(xiàn)重金屬離子析出的問(wèn)題，且因體系不存在重金屬離子的犧牲損耗，能更持久的對(duì)涂層進(jìn)行保護(hù)，節(jié)省資源，對(duì)環(huán)境保護(hù)更有利。

（3）聚苯胺制備的防腐涂料其防腐性能高，同時(shí)該體系還具有一定的特殊防靜電性能。

（4）聚苯胺防腐涂料具有優(yōu)良的邊緣防腐性能，有效阻隔了金屬邊緣水和空氣滲透腐蝕，具有抗劃傷能力，減少了防劃傷流平劑的使用，研究表明對(duì)于寬度為1~2mm的劃痕，含有聚苯胺涂層可有效抵御腐蝕并能進(jìn)一步防止銹層的擴(kuò)大。

（5）涂料耐酸堿，可在不同pH值條件下使用從而拓展了使用范圍。

聚苯胺防腐涂料通過(guò)以下機(jī)理防腐：

（1）依靠聚苯胺的氧化還原性使金屬基材表面形成致密的氧化膜薄膜（鈍化膜），鈍化膜的形成大大延緩了金屬的腐蝕；

（2）同樣依據(jù)聚苯胺的氧化還原性，在聚苯胺氧化金屬形成致密鈍化膜的同時(shí)，聚苯胺被還原，還原的聚苯胺為絕緣體，阻止腐蝕電荷的傳遞；

（3）依據(jù)聚苯胺可逆的摻雜/脫摻雜性，當(dāng)摻雜的離子合適時(shí)，摻雜的離子能夠促進(jìn)鈍化膜的形成或自身在金屬表面形成吸附層防腐；

（4）聚苯胺的導(dǎo)電性能使金屬表面產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，該電場(chǎng)的方向與電子傳遞方向相反，阻礙電子從金屬向氧化物質(zhì)的傳遞，即形成了電子傳遞屏障。

當(dāng)聚苯胺的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)控制合適時(shí)，少量聚苯胺的加入會(huì)大幅度提高防腐涂層對(duì)金屬的防護(hù)水平和涂層的機(jī)械性能。因此，聚苯胺防腐涂層的綜合性能優(yōu)異，例如：天津大學(xué)王紀(jì)孝教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的系列聚苯胺防腐涂料耐鹽霧12000小時(shí)以上，耐急速溫度沖擊（在-80oC 30Min.與230oC 30Min.分鐘交替進(jìn)行）24次以上，適用于高濃酸、堿、鹽等多種重腐蝕環(huán)境下的使用。聚苯胺防腐涂料具有非常好的邊緣防腐性能和抗劃傷能力，涂層可以抵抗1-2㎜的劃痕，使銹層擴(kuò)展速度極慢。在軋鋼廠二冷室（腐蝕速率≥12mm/Y，為C5.高腐蝕速率的60倍以上，為CX.高腐蝕速率的17倍以上）、低溫?fù)Q熱器（腐蝕速率≥12mm/Y，為C5.高腐蝕速率的60倍以上，為CX.高腐蝕速率的17倍以上）等重腐蝕環(huán)境的工程表明，含有聚苯胺的涂層能夠在酸、堿、鹽等環(huán)境中具有極強(qiáng)的防護(hù)能力。

通過(guò)控制涂層的結(jié)構(gòu)，聚苯胺防腐涂層的耐溫范圍寬，在-65℃-180℃環(huán)境下具有優(yōu)異的防腐性能，其在酸，堿，鹽或者酸堿交替變化環(huán)境中抗腐蝕性能突出，具有長(zhǎng)效防腐的效果。與不同的面漆配套，在跨海大橋，港口船塢，近海設(shè)施，海洋平臺(tái)，儲(chǔ)罐管道，垃圾處理設(shè)備，閘門柵欄，礦山設(shè)施，采煤設(shè)備，高壓線塔，管樁棧橋，鋼結(jié)構(gòu)管廊架，特別是惡劣環(huán)境下海灣大橋，海上平臺(tái)，風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電諸多領(lǐng)域被作為長(zhǎng)效性防腐材料有廣泛的應(yīng)用前景，被稱為防腐領(lǐng)域的新一代產(chǎn)品。

國(guó)外聚苯胺防腐涂料應(yīng)用有：德國(guó)鐵路橋梁，日本過(guò)街天橋和棒球館，波蘭廢水處理鋼結(jié)構(gòu)，德國(guó)原油輸水管道，法國(guó)空中客車動(dòng)力系統(tǒng)，丹麥集裝箱船，德國(guó)化工廠過(guò)濾設(shè)備和礦井設(shè)備等；

國(guó)內(nèi)以天津大學(xué)王紀(jì)孝教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)、上海平耐公司生產(chǎn)的聚苯胺防腐涂料應(yīng)用有：萊鋼II廠區(qū)連鑄1車間二冷室鋼結(jié)構(gòu)涂裝（工況條件，溫度85℃，相對(duì)濕度....，含鹽量飽和，高照度輻射，有振動(dòng)，腐蝕強(qiáng)度≥12㎜/年），江蘇索普集團(tuán)低溫?fù)Q熱器防腐（工況條件，溫度-5℃，20%食鹽水，腐蝕強(qiáng)度≥12㎜/年），中石化達(dá)州天然氣凈化廠硫磺儲(chǔ)運(yùn)車間料倉(cāng)地下廊道防腐（工況條件，溫度20℃-40℃硫化氫濃度6-18PPm，相對(duì)濕度45%-....）工程等。

聚苯胺防腐涂料施工方法和傳統(tǒng)的防腐涂料施工方法差別不大，重點(diǎn)要注意以下幾點(diǎn)：

（1）聚苯胺防腐涂料是雙組分材料，必須按比例充分混合，并做相應(yīng)的預(yù)處理。一般條件下，熟化后的涂料必須2h內(nèi)用完，否則會(huì)發(fā)生凝膠現(xiàn)象無(wú)法使用。

（2）聚苯胺防腐涂料在常溫條件下應(yīng)在噴砂后4h內(nèi)涂裝，相對(duì)濕度≥80%時(shí)應(yīng)該立即涂裝，以免閃銹的發(fā)生。后續(xù)涂層應(yīng)該在前一道涂層表干后進(jìn)行，表干時(shí)間3-12h不等，完全固化為10d，復(fù)涂.大間隔時(shí)間不得超過(guò)3d。

（3）聚苯胺防腐涂料涂層在兩周內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定的.佳效果，涂層未表干或者受潮沾水不可涂裝面涂。

聚苯胺防腐涂料在實(shí)際施工中的工藝步驟和傳統(tǒng)的涂裝工藝相似，并不復(fù)雜，具體操作流程如下：

（1）表面處理。清除構(gòu)件或設(shè)施表面灰塵，污垢，油漬及疏松的物質(zhì)，表面應(yīng)干燥清潔，建議采取噴砂或噴丸方式除銹，如果條件受限無(wú)法噴砂時(shí)，可以采用機(jī)械打磨方式。除銹質(zhì)量要求應(yīng)符合GB8923.新標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求，噴砂Sa2.5打磨St3級(jí)。

（2）配料涂裝。將聚苯胺防腐涂料的兩組分?jǐn)嚢钃u勻后按照配比機(jī)械攪拌5-10Min.，再進(jìn)行10Min.超聲波處理，熟化的涂料可采用刷涂、滾涂、浸涂、噴涂等方式施工。

（3）自然養(yǎng)護(hù)。聚苯胺防腐涂料涂裝結(jié)束后，應(yīng)該保持一段時(shí)間的自然養(yǎng)護(hù)，建議常溫浸沒(méi)或高溫（超過(guò)100oC）環(huán)境下，放置7d后投入使用，環(huán)境溫度低于10℃時(shí)，延長(zhǎng)至10d后再投入使用。一般氣氛環(huán)境下，表干即可使用。

（4）配套面漆。一般情況下聚苯胺在全浸沒(méi)或無(wú)強(qiáng)紫外線暴露工況下可不進(jìn)行面漆涂裝，就可以達(dá)到長(zhǎng)效的防腐蝕效果。當(dāng)聚苯胺涂層應(yīng)用于強(qiáng)紫外線暴露或有裝飾、警示要求時(shí)，需配套不同的面漆，面漆涂裝必須在聚苯胺涂層干燥的條件下進(jìn)行。

聚苯胺涂料發(fā)展趨勢(shì)

聚苯胺作為一種新型的金屬防腐保護(hù)材料，具有獨(dú)特的抗劃傷和抗點(diǎn)蝕性能。與常規(guī)緩蝕劑如鉻酸鹽、鉬酸鹽等相比，聚苯胺沒(méi)有任何的環(huán)境副作用，是一種符合時(shí)代和科技發(fā)展的綠色緩蝕劑，成為當(dāng)前研究.多的導(dǎo)電高分子材料。但由于聚苯胺分子鏈骨架剛性強(qiáng)、分子間作用力大，導(dǎo)致聚苯胺不溶不熔，極大地影響了其大規(guī)模的生產(chǎn)與應(yīng)用。為了改善聚苯胺 的溶解性，人們開(kāi)始嘗試對(duì)聚苯胺進(jìn)行改性，包括選用氮位取代苯胺單體如( N － 甲基苯胺或N － 乙基苯胺) 進(jìn)行聚合，以其獲得形態(tài)結(jié)構(gòu)致密以及防腐性能較好的防腐涂層;此外，選用含取代基的苯胺單體( 環(huán)取代 或氮位取代) ，通過(guò)化學(xué)氧化法聚合，以其達(dá)到改善聚苯胺溶解性和可加工性的目的。在聚苯胺的苯環(huán)上引入取代基，可以有效地降低分子鏈剛性，減小鏈間作用力，進(jìn)而提高其溶解性。同時(shí)也能有效地阻止取代基位置可能發(fā)生的副反應(yīng)，有利于整個(gè)大分子共軛體系的形成。而且取代基的存在也會(huì)為結(jié)構(gòu)測(cè)試帶來(lái)方便。有研究表明通過(guò)引入供電子基取代基可以有效改善其防腐能力和溶解性。因此通過(guò)對(duì)聚苯胺進(jìn)行改性，提高其在有機(jī)溶劑中的溶解度逐漸成為聚苯胺防腐涂料的研究熱點(diǎn)。