材料认知与实验概要.doc

厦门大学材料学院 材料学科认知与实验 题 目： 材料学科认知与实验课程感想 姓 名： 倪文彦 学 院： 材料学院 系： 材料系 专 业： 材料科学与工程专业 年 级： 2014 学 号： 30320142200051 指导教师： 许一婷 职称：副教授 2015年7 月18 日 一、聚苯胺防腐涂料 聚苯胺，高分子化合物的一种，具有特殊的电学、光学性质，经掺杂后可具有导电性。在电子工业、信息工程、国防工程等的开发和发展方面都具有多种用途。 聚苯胺的电活性源于分子链中的P电子共轭结构：随分子链中P电子体系的扩大，P成键态和P*反键态分别形成价带和导带，这种非定域的P电子共轭结构经掺杂可形成P型和N型导电态。不同于其他导电高分子在氧化剂作用下产生阳离子空位的掺杂机制，聚苯胺的掺杂过程中电子数目不发生改变，而是由掺杂的质子酸分解产生H+和对阴离子（如Cl-、硫酸根、磷酸根等）进入主链，与胺和亚胺基团中N原子结合形成极子和双极子离域到整个分子链的P键中，从而使聚苯胺呈现较高的导电性。这种独特的掺杂机制使得聚苯胺的掺杂和脱掺杂完全可逆，掺杂度受pH值和电位等因素的影响，并表现为外观颜色的相应变化，聚苯胺也因此具有电化学活性和电致变色特性。 许多研究论述了聚苯胺对不同金属的防腐性,如不锈钢[1,7]、铁[8,9]、低碳钢[10]、铜[4,11]、铝[12,13]、钅阜和锌[14]等。Wessling研究了聚苯胺对不锈钢、铜和铁的防腐性,表明聚苯胺具有防腐性。Wessling还发现,化学合成的聚苯胺涂料能在金属表面形成氧化物,甚至能修补金属/氧化物之间可能的化学老化。影响聚苯胺防腐蚀的因素很多,如:聚苯胺结构、腐蚀环境、涂层体系、以及腐蚀介质中氧气的含量和基体的表面处理等。 聚苯胺优异的防腐性能,已被大量研究所证实,对其防腐机理的研究也取得了很大进展,但是,目前没有统一的说法,主要有以下几种观点。首先,作为涂料一般都应具有屏蔽保护的作用,将金属表面与周围腐蚀环境隔开,阻止了氧气、水及其他离子的浸入,只要屏蔽层保持完好,涂层就有效果。研究显示随着聚苯胺涂层厚度的增加,金属的腐蚀电流随之减少。然而,当在聚苯胺涂层表面有划痕或空洞时,裸露部位的涂层仍然具有良好的防腐效果。Wei比较了聚苯胺2EB涂料和具有屏蔽性涂料对低碳钢的Tafel曲线,结果证明聚苯胺2EB比其他涂料表现出更好的防腐性能。因此,聚苯胺的防腐作用不仅仅是屏蔽作用。 其次,由于聚苯胺的还原电位在0V/SCE,而金属如Fe的氧化电位为-0.7V/SCE,因此聚苯胺作为一种中介物质与金属作用,通过与氧的可逆氧化还原反应,切断金属与氧的直接联系,在金属表面形成一层致密的氧化膜,即将金属钝化,从而达到防腐目的。分别对金属表面掺杂态聚苯胺和本征态聚苯胺涂层进行XPS观察,结果均观察到了氧化膜的存在[4,28,29],另外Wei在金属表面划痕处也观察到氧化膜的存在。Schauer等认为,掺杂态的聚苯胺盐起防腐作用的过程为:聚苯胺盐使金属钝化,并由于其导电性使阴极反应发生在聚苯胺膜上,而不是在金属/聚合物界面,即阴、阳极反应是空间分离的,从而使这种钝化状态得以保持;随后由于掺杂态的聚苯胺被脱掺杂,本征态的聚苯胺发挥其保护作用。并且通过XPS证实,生成的氧化物为Fe3O4和γ2Fe2O3,并且Fe3O4紧附于铁表面上为内层,而γ2Fe2O3位于Fe3O4之外形成夹层式结构。 最后,认为聚苯胺与金属形成化合物,使电位升高。聚苯胺的中心原子N具有未共用的电子对,因 此聚苯胺在金属表面上发生氧化还原发应,生成M2聚苯胺的化合物,M2聚苯胺的氧化电位高于聚苯胺的氧化电位,从而推动了氧的还原,使因为金属的溶解而损耗的电荷得到补偿,金属电位得以稳定在钝化区,减少了金属的溶解速度,从而起到防腐作用。 聚苯胺防腐机理较为复杂,通常单一的防腐机理不能完整的解释防腐性能,例如Schauer就认为,聚苯胺的防腐蚀作用机制是由钝化作用、空间隔离阳极部分和阴极部分的反应、屏蔽作用相继发生的三段作用相结合的结果。 实验制备聚苯胺运用的是化学氧化法。化学氧化法通常是在酸性介质中，采用水溶性引发剂引发单体发生氧化聚合。合成主要受反应介质酸种类及浓度、氧化剂种类及浓度、苯胺单体浓度、反应温度和反应时间等的影响。所用的引发剂主要有（NH4）2S2O8、K2Cr2O7、KIO3、FeCl3、FeCl4、H2O2、Ce（SO4）2、MnO2、BPO（过氧化苯甲酰），其中（NH4）2SO8由于不含金属离子，氧化能力强，后处理方便，是最常用的