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一文讀懂聚苯胺防腐涂料

發布時間:2021-11-16 15:02:21

聚苯胺是一種新型的金屬防腐保護材料,與常規緩蝕劑相比沒有任何的環境副作用,是一種符合時代和科技發展的綠色緩蝕劑,成為當前研究最多的導電高分子材料。

傳統的金屬防護方法有使用緩蝕劑、電鍍惰性材料、鈍化金屬形成致密鈍化膜、陰極保護及涂層等方法。從實際使用效果來看,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;陰極保護適用于一些特定的環境中;涂層防護法方便、簡單,使用最廣,但涂層的防護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進入涂層,造成金屬腐蝕;涂層中的無機片狀材料(玻璃鱗片、云母、玄武巖鱗片等)與樹脂親和力差,容易產生分相現象形成界面微裂隙,加速腐蝕介質滲透,造成金屬腐蝕。即使無機鱗片用偶聯劑表面處理,其仍存在與樹脂材料膨脹系數不同現象,仍會出現相分離現象形成氣孔,形成腐蝕介質通道,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人體健康產生危害。

 

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) 電化學沉積法

 電化學沉積法是指通過電化學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、脈沖極化法和動電位掃描法。聚苯胺一般都是在酸性溶液中進行聚合。由于電極材料、電位以及電解質溶液的pH 值等對苯胺的聚合都有一定影響,所以當前這種制備聚苯胺涂層方法采用的條件仍然不統一。

 (2) 共溶

 共溶是指將聚苯胺與傳統的聚合物溶劑混合使其形成共溶物進行涂覆,待溶劑揮發后會形成涂層。這種方法也具有一定的缺點因為聚苯胺在有機溶劑中的溶解度較低,雖然在高沸點溶劑中有一定的溶解度,但是這些溶劑的沸點均較高,對涂層質量有一定的影響。而且這些溶劑大都有毒,也比較昂貴,應用方面受到限制。

 (3) 共混

共混是指將聚苯胺作為現有防腐涂料的添加劑,與常規涂料如環氧樹脂等混合使用進行涂敷,利用聚苯胺和其他組分間的相互作用以及化學鍵作用來提高這種共混涂料的防腐性能。這種方法是當前研究聚苯胺防腐應用最多的方法,研究表明通過聚苯胺與樹脂共混制備的防腐涂料不但具有陽極保護作用,而且附著力以及對水的屏蔽作用都優于前面兩種方法。

 

聚苯胺防腐涂料的優點

防腐涂料是一種以防止金屬被環境腐蝕作為主要目的的涂料,應具備涂料的各項基礎性能、加工性能以外,還應該兼具下列特征:

1)耐腐蝕性能好;

2)涂層較厚且各種小粒子無法透過涂層;

3)耐候性好,擁有一定的抵抗紫外光照射且環境適應力強;

4)使用壽命長,相對于其他種類的涂料,防腐涂料需要更長的有效時間。

 

相對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優點:

1)因聚苯胺特殊的防腐機理,從而在理論上要達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,因此在使用過程中不會像普通涂料那樣出現重金屬離子析出的問題,且因體系不存在重金屬離子的犧牲損耗,能更持久的對涂層進行保護,節省資源,對環境保護更有利。

3)聚苯胺制備的防腐涂料其防腐性能高,同時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一步防止銹層的擴大。

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以下機理防腐:

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

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

 

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

1)聚苯胺防腐涂料是雙組分材料,必須按比例充分混合,并做相應的預處理。一般條件下,熟化后的涂料必須2h內用完,否則會發生凝膠現象無法使用。

2)聚苯胺防腐涂料在常溫條件下應在噴砂后4h內涂裝,相對濕度≥80%時應該立即涂裝,以免閃銹的發生。后續涂層應該在前一道涂層表干后進行,表干時間3-12h不等,完全固化為10d,復涂最大間隔時間不得超過3d。

3)聚苯胺防腐涂料涂層在兩周內達到穩定的最佳效果,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際施工中的工藝步驟和傳統的涂裝工藝相似,并不復雜,具體操作流程如下:

1)表面處理。清除構件或設施表面灰塵,污垢,油漬及疏松的物質,表面應干燥清潔,建議采取噴砂或噴丸方式除銹,如果條件受限無法噴砂時,可以采用機械打磨方式。除銹質量要求應符合GB8923最新標準所規定的要求,噴砂Sa2.5打磨St3級。

2)配料涂裝。將聚苯胺防腐涂料的兩組分攪拌搖勻后按照配比機械攪拌5-10Min.,再進行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)自然養護。聚苯胺防腐涂料涂裝結束后,應該保持一段時間的自然養護,建議常溫浸沒或高溫(超過100oC)環境下,放置7d后投入使用,環境溫度低于10℃時,延長至10d后再投入使用。一般氣氛環境下,表干即可使用。

4)配套面漆。一般情況下聚苯胺在全浸沒或無強紫外線暴露工況下可不進行面漆涂裝,就可以達到長效的防腐蝕效果。當聚苯胺涂層應用于強紫外線暴露或有裝飾、警示要求時,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行。

 

聚苯胺涂料發展趨勢

聚苯胺作為一種新型的金屬防腐保護材料,具有獨特的抗劃傷和抗點蝕性能。與常規緩蝕劑如鉻酸鹽、鉬酸鹽等相比,聚苯胺沒有任何的環境副作用,是一種符合時代和科技發展的綠色緩蝕劑,成為當前研究最多的導電高分子材料。但由于聚苯胺分子鏈骨架剛性強、分子間作用力大,導致聚苯胺不溶不熔,極大地影響了其大規模的生產與應用。為了改善聚苯胺 的溶解性,人們開始嘗試對聚苯胺進行改性,包括選用氮位取代苯胺單體如( N  甲基苯胺或N  乙基苯胺進行聚合,以其獲得形態結構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取代 或氮位取代,通過化學氧化法聚合,以其達到改善聚苯胺溶解性和可加工性的目的。在聚苯胺的苯環上引入取代基,可以有效地降低分子鏈剛性,減小鏈間作用力,進而提高其溶解性。同時也能有效地阻止取代基位置可能發生的副反應,有利于整個大分子共軛體系的形成。而且取代基的存在也會為結構測試帶來方便。有研究表明通過引入供電子基取代基可以有效改善其防腐能力和溶解性。因此通過對聚苯胺進行改性,提高其在有機溶劑中的溶解度逐漸成為聚苯胺防腐涂料的研究熱點。

 

        文章來源于網絡。

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