聚2,3-二甲基苯胺及其無(wú)機(jī)納米復(fù)合物的制備及防腐性能研究.pdf

1、盡管大量的文獻(xiàn)報(bào)道都證明了聚苯胺具有良好的耐腐蝕性能,但是由于分子鏈骨架剛性較強(qiáng),分子間相互作用力大,導(dǎo)致溶解、加工性較差,使其在商業(yè)應(yīng)用前景上受到很大的限制。對(duì)聚苯胺進(jìn)行一定的化學(xué)修飾或改性,如在聚苯胺的分子鏈上引入一定的取代基生成聚苯胺衍生物可以有效的改善 PANI難溶解和不易加工的缺陷。聚2,3-二甲基苯胺(P(2,3-DMA))作為聚苯胺的主要衍生物之一,由于苯環(huán)上兩個(gè)甲基(-CH3)的空間位阻效應(yīng),可以降低PANI分子鏈的剛性

2、,減小鏈間相互作用力,可以很大程度上提高PANI的溶解性,因此在防腐方面具有較好的應(yīng)用前景。并利用復(fù)合法制備聚2,3-二甲基苯胺/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料,充分發(fā)揮聚合物和無(wú)機(jī)納米材料各自的優(yōu)勢(shì),使P(2,3-DMA)的防腐性能和熱穩(wěn)定性都有所提高。
　　本研究采用乳液聚合法,以十二烷基苯磺酸(DBSA)既作為乳化劑又作為摻雜劑合成了十二烷基苯磺酸摻雜的P(2,3-DMA)。通過(guò)紅外光譜,X射線衍射,場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)聚合物的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行

3、表征。并分別使用循環(huán)伏安法和熱重分析對(duì)P(2,3-DMA)的電化學(xué)和熱穩(wěn)定性能進(jìn)行了研究。將在同等條件下合成的PANI和P(2,3-DMA)加入到環(huán)氧樹脂中,在鋼鐵表面進(jìn)行涂層,在3.5％的NaCl溶液中測(cè)試其耐腐蝕性能。在磷酸體系中用過(guò)硫酸銨作氧化劑采用原位溶液聚合法合成了磷酸摻雜的P(2,3-DMA)/TiO2復(fù)合物。采用負(fù)載有復(fù)合物的碳紙為工作電極,使用電化學(xué)測(cè)試及產(chǎn)率表征,探討了TiO2的含量對(duì)復(fù)合物性能的影響,得到TiO2的最

4、佳含量為15％。同時(shí)對(duì)合成的復(fù)合物使用紅外光譜,X射線衍射,場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡等進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌表征。將復(fù)合物加入到環(huán)氧樹脂中進(jìn)行涂層,然后采用開路電位-時(shí)間曲線和交流阻抗法對(duì)其耐腐蝕性能進(jìn)行研究。采用過(guò)硫酸銨為氧化劑,十二烷基苯磺酸(DBSA)為乳化劑的乳液聚合體系,合成了十二烷基苯磺酸摻雜的P(2,3-DMA)-Al2O3復(fù)合物。采用紅外光譜分析、紫外可見光譜、掃描電鏡對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征。并使用循環(huán)伏安法和熱重分析對(duì)復(fù)合物的電

5、化學(xué)和熱穩(wěn)定性能進(jìn)行了研究。將復(fù)合材料加入到環(huán)氧樹脂中,在低碳鋼表面制備涂層。采用塔菲爾極化曲線,開路電位-時(shí)間曲線對(duì)涂層的防腐性能進(jìn)行研究。
　　本研究表明：⑴用十二烷基苯磺酸既做乳化劑又做摻雜劑采用乳液法成功的合成了P(2,3-DMA)。表征結(jié)果表明P(2,3-DMA)具有和PANI類似的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)甲基取代基造成的空間位阻效應(yīng)降低了PANI分子鏈的剛性,從而有效的提高了其在有機(jī)溶劑中的溶解性。通過(guò)交流阻抗譜,開路電位-時(shí)間曲線

6、測(cè)試,Tafel極化曲線測(cè)試表明,P(2,3-DMA)具有比PANI更好的耐腐蝕性能,有可能替代PANI在金屬防腐領(lǐng)域大規(guī)模使用。⑵對(duì)采用原位氧化聚合法在磷酸溶液中用過(guò)硫酸銨做氧化劑合成出的P(2,3-DMA)-TiO2復(fù)合物進(jìn)行表征。紅外光譜表明P(2,3-DMA)和TiO2之間有相互作用力的存在,這種相互作用力可能存在于P(2,3-DMA)大分子鏈的N原子和TiO2納米顆粒的Ti原子之間。Ti為過(guò)度金屬元素,具有3d4s的外層電子結(jié)

7、構(gòu),有空軌道,而P(2,3-DMA)中的N原子含有孤對(duì)電子,具有空軌道的Ti原子可以和具有孤對(duì)電子的N原子之間形成N-Ti配位鍵。X射線衍射表明,TiO2的晶型沒有受到P(2,3-DMA)的影響。場(chǎng)發(fā)射掃描表明 TiO2納米顆粒被 P(2,3-DMA)聚合物完全包覆。在3.5％的NaCl溶液中的浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明P(2,3-DMA)-TiO2復(fù)合物環(huán)氧涂層具有比P(2,3-DMA)和PANI更好的耐腐蝕性能。P(2,3-DMA)-TiO2

8、復(fù)合物優(yōu)良的耐腐蝕性能是因?yàn)槠淞己玫钠帘巫饔?P(2,3-DMA)的氧化還原性和相對(duì)較高的比表面積。⑶采用十二烷基苯磺酸既作為乳化劑又作為摻雜劑成功的合成出了十二烷基苯磺酸摻雜的P(2,3-DMA)-Al2O3復(fù)合物。結(jié)構(gòu)分析表明 Al2O3納米顆粒和P(2,3-DMA)大分子之間有相互作用力的存在。熱重分析表明 Al2O3納米顆粒的加入提高了P(2,3-DMA)的熱穩(wěn)定性。P(2,3-DMA)-Al2O3具有可逆且穩(wěn)定的電化學(xué)活性,塔