導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合材料的制備、性能及其應(yīng)用研究

胡茂琨+李甘

摘 要：本文對(duì)導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合材料的制備進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，介紹并分析了導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合材料在鋼鐵腐蝕防護(hù)中的應(yīng)用及性能，希望能夠從理論層面上為導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合材料的應(yīng)用及發(fā)展研究提供一點(diǎn)支持。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)電聚苯胺；納米復(fù)合材料；制備；性能

一、引言

導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合材料在金屬腐蝕防護(hù)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。其制備方法分為很多種，相關(guān)人員也圍繞此展開(kāi)了深入研究，并針對(duì)其在鋼鐵腐蝕防護(hù)中的應(yīng)用及性能進(jìn)行了分析，取得了比較理想的成效，這對(duì)于鋼鐵材料保護(hù)及應(yīng)用發(fā)展有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合材料的制備

導(dǎo)電聚合物與納米材料復(fù)合到一起，可以使導(dǎo)電高分子的性能得到增加?，F(xiàn)階段，聚苯胺納米復(fù)合材料主要有：導(dǎo)電聚苯胺-磁性納米粒子復(fù)合材料、導(dǎo)電聚苯胺-碳納米管復(fù)合材料、導(dǎo)電聚苯胺-聚合物復(fù)合材料以及導(dǎo)電聚苯胺-氧化物納米復(fù)合材料等等。

以磁性導(dǎo)電聚合物為例，其是由導(dǎo)電聚合物與磁性納米粒子復(fù)合而成。其次，相關(guān)研究人員還對(duì)苯胺的原位乳液加以運(yùn)用，采取聚合的方式對(duì)聚苯胺/碳納米管的雜化材料進(jìn)行了制備，并圍繞此展開(kāi)了相關(guān)研究，結(jié)果顯示，這種材料在導(dǎo)電性與熱穩(wěn)定性方面具有比較突出的優(yōu)勢(shì)，并且提出聚苯胺含量與其導(dǎo)電性成成比例關(guān)系。

再者，還有人在無(wú)模版條件下，對(duì)含Au納米粒子的聚苯胺納米纖維進(jìn)行了合成。首先，將Au納米粒子的金屬鹽溶液摻加到含有苯胺單體，摻有雜質(zhì)子酸與氧化劑的溶液中進(jìn)行溶解，在輻射后，就生成了聚苯胺納米纖維。在這一過(guò)程中，金屬鹽發(fā)生還原反應(yīng)，生成金屬納米粒子，并在聚苯胺納米纖維中均勻分布。有研究者還對(duì)兩相法加以運(yùn)用，對(duì)銀/聚苯胺納米復(fù)合材料進(jìn)行合成。在主要成為為苯胺的甲苯溶液中分散銀納米粒子，而質(zhì)子酸的水溶液則溶解了氧化劑；通過(guò)混合油相與水相溶液，待分層之后放置一段時(shí)間，就可以得到含銀納米粒子的聚苯胺納米膜或聚苯胺/銀納米離子核殼結(jié)構(gòu)。

最后，相關(guān)研究人員采用模板法，選擇聚苯乙烯納米膠粒，對(duì)聚苯胺/聚苯乙烯納米微球進(jìn)行制備，這種材料具有可控的結(jié)構(gòu)，并且具有均一的尺寸。在具體制備中，只需要對(duì)苯胺/聚苯乙烯的重量比或摻雜劑的添加率進(jìn)行更更改，就可以對(duì)微球尺寸與形狀進(jìn)行控制。如果按照1∶3設(shè)置苯胺/聚苯乙烯重量，那么就可以制得直徑為500nm，呈球狀的聚苯胺/聚苯乙烯復(fù)合粒子。

三、導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合材料在鋼鐵腐蝕防護(hù)中的應(yīng)用及性能分析

1.鋼鐵腐蝕

目前，鋼鐵這種金屬材料有著十分廣泛的應(yīng)用，而在使用過(guò)程中，鋼鐵也面臨著腐蝕這一嚴(yán)重問(wèn)題。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)每年由于金屬腐蝕而損失近萬(wàn)億美元，不只如此，鋼鐵腐蝕還會(huì)給人們帶來(lái)災(zāi)難，因此，針對(duì)鋼鐵腐蝕防護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)于鋼鐵的腐蝕類型，主要可以按照兩種形式進(jìn)行劃分，一種是根據(jù)腐蝕的形態(tài)，將鋼鐵腐蝕分為全面腐蝕與局部腐蝕；而另一種則以一腐蝕的反應(yīng)歷程為依據(jù)，對(duì)鋼鐵腐蝕進(jìn)行劃分，即化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。

2.導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合材料在鋼鐵腐蝕防護(hù)中的應(yīng)用機(jī)理

現(xiàn)階段，在鋼鐵腐蝕防護(hù)中，聚苯胺的應(yīng)用機(jī)理主要涉及到幾個(gè)觀點(diǎn)，具體闡述如：

第一，機(jī)械屏蔽作用。將聚苯胺防腐涂層設(shè)置在鋼鐵表面，可以通過(guò)機(jī)械屏蔽作用來(lái)對(duì)鋼鐵腐蝕進(jìn)行裱糊。相關(guān)研究人員對(duì)電化學(xué)交流阻抗技術(shù)加以運(yùn)用，圍繞電化學(xué)沉積聚苯胺、對(duì)鐵的腐蝕保護(hù)作用進(jìn)行了研究，根據(jù)研究結(jié)果，得知如果按照1μm的厚度設(shè)置涂層，那么就會(huì)產(chǎn)生防腐蝕效果。

第二，導(dǎo)電聚苯胺對(duì)金屬的陽(yáng)極保護(hù)。根據(jù)相關(guān)研究，可知當(dāng)聚苯胺沉積在金屬表面時(shí)，會(huì)升高金屬腐蝕點(diǎn)位，進(jìn)而降低腐蝕率。相關(guān)人員提出，在3%的NaCl溶液中，本征態(tài)PANI涂層覆蓋的鐵電極的腐蝕點(diǎn)位可正向移動(dòng)80mV。其次，有研究人員選擇0.3M的HCl與1M的NaCl溶液浸泡覆蓋了PANI涂層的碳鋼，待24小時(shí)后，剝離開(kāi)PANI涂層，將其在溶液中直接浸泡，然后比較并分析其阻抗值。根據(jù)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有剝落PANI涂層的碳鋼在HCl中具有更大的阻抗，其次則是在NaCl中的碳鋼，最后則是剝落了PANI涂層的碳鋼。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，可知在聚苯胺的作用下，鋼鐵與聚合物膜界有一層鈍化膜形成，進(jìn)而對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行保護(hù)。此外，有研究者將聚苯胺環(huán)氧樹(shù)脂涂料涂覆在低碳鋼表面，然后發(fā)現(xiàn)金屬表面變成灰色，之后對(duì)XPS加以運(yùn)用，對(duì)鋼鐵表面進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有含鐵氧化物存在于灰色表面中。還有人利用紅外光譜與XPS進(jìn)行分析，得知在鐵電極上涂覆聚苯胺，然后浸泡在NaCl溶液中，能夠形成一個(gè)穩(wěn)定性較高的三氧化二鐵。聚苯胺屬于共軛高分子，其氧化還原能力較強(qiáng)，其氧化還原點(diǎn)位比鐵高，因此在接觸接觸金屬的過(guò)程中，能夠通過(guò)水和氧氣發(fā)生反應(yīng)，并形成一層致密的金屬氧化膜，附著在聚苯胺-金屬的界面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用。

3.聚苯胺涂層性能制備及分析方法

在鋼鐵腐蝕防護(hù)中，導(dǎo)電聚苯胺防腐涂層具有較高的應(yīng)用價(jià)值，其制備方法主要有兩種，即共混法與共溶法。前者是以聚苯胺作為功能填料，然后結(jié)合常規(guī)涂料，例如聚氨酯、聚酯樹(shù)脂等成膜物質(zhì)，制成涂料；而共溶法則是在聚合物的有機(jī)溶劑中分散聚苯胺膠態(tài)粒子，形成分散液體系，然后在金屬表面上進(jìn)行涂覆，等溶劑揮發(fā)后就有一層涂層形成。

而在評(píng)價(jià)聚苯胺涂層性能中，則主要采用重量差法、開(kāi)路循環(huán)點(diǎn)位分析法、電化學(xué)調(diào)流阻抗增法、光譜分析以及極化曲線法等等。以光譜分析為例，該方法可以對(duì)導(dǎo)電聚苯胺結(jié)構(gòu)與性能加以運(yùn)用，然后通過(guò)多種光譜技術(shù)研究試樣，對(duì)金屬腐蝕防護(hù)情況進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)紅外光譜圖的應(yīng)用，將官能團(tuán)的吸收反映出來(lái)，進(jìn)而可以通過(guò)反應(yīng)性官能團(tuán)的變化來(lái)研究其反應(yīng)機(jī)理。鑒于此，在導(dǎo)電聚合物涂層的防腐機(jī)理與老化機(jī)理研究中，這種方法具有較強(qiáng)的適用性。

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