不锈钢表面电接枝聚苯胺的防腐性研究

第21卷第2期2009年3月

腐蚀科学与防护技术

CO RRO S I O N SC I ENCE AN D PR O TECT I O N TECHN OLO GY

Vol .21No .2

M ar .2009

收稿日期:2008207204

作者简介:张爱玲(1964-),女,博士,教授,研究方向为应用电化学

和功能高分子.

Tel:024-********　E 2mail:zhangal@sina .com

不锈钢表面电接枝聚苯胺的防腐性研究

张爱玲1

,刘洋1

,梁鹏2

,孙硕1

,汪洋

1

11沈阳工业大学理学院,沈阳110178;21辽东学院化工与材料学院118001

摘要:用循环伏安法在不锈钢上制备出聚苯胺膜,并研究修饰剂(有机硅烷偶联剂KH 2560)对聚苯胺成膜的影响;用扫描电子显微镜、红外光谱和电化学方法研究聚苯胺的微观结构及电化学性能.结果表明,经修饰后的聚苯胺膜

使不锈钢的腐蚀电位提高了70mV,腐蚀电流由1×10-6A 下降到613×10-8

A,大幅度提高不锈钢的抗腐蚀性能.

关键词:聚苯胺;不锈钢;循环伏安;防腐

中图分类号:TG174146 文献标识码:A 文章编号:100226495(2009)022*******

CO RRO S I O N PERFO R M ANCE O F EL ECTRO 2GRAFTED

POLYAN I L I NE COAT I NGS O N STA IN L ESS STEEL

ZHANG A i 2ling 1

,L I U Yang 1

,L I A NG Peng 2

,S UN Shuo 1

,WANG Yang

1

11School of Sciences,Shenyang U niversity of Technology,Shenyang 110178;21School of Che m istry and M aterials,Eastern L iaoning U niversity 118001

Abstract:Cyclic volta mmetry was adop ted t o p repare polyaniline (Pan )coatings on stainless steel and the influence of modified agents (organo 2silane coup ling agent KH 2560)on P AN coatings was als o studied .The m icr ostructure and perf or mance of P AN were characterized by scanning electr on m icr oscopy,FTI R s pectru m and electr oche m istry method .The results sho w that modified P AN coatings shift the corr osi on po 2tential of stainless steel by 70mV in noble directi on and decrease the corr osi on current t w o orders of mag 2

netute fr om 1×10-6A t o 613×10-8

A.It markedly enhances corr osi on resistance of stainless steel .Keywords:polyaniline;stainless steel;cyclic volta mmetry;corr osi on resistance

De Berry [1]于1985年发现聚苯胺能使不锈钢的电位维持在稳定钝化区,使其处于阳极保护状态.聚苯胺在金属防腐工程领域的应用成为近年来研究的热点.但聚苯胺不溶于水和一般的有机溶剂,且无热塑性,故加工困难.采用电化学合成方法具有较多的优点:电化学法简单易行、工艺流程短、成本低,能够做到清洁生产.目前,聚苯胺的研究主要集中在电聚合的条件和防腐特性[2,3].例如彭霞辉等[4]用脉冲极化法和恒电流法合成聚苯胺,研究了温度对聚苯胺膜的峰值电流的影响.D Sazou 等[5]用动电位和恒电位法合成了聚苯胺,研究了电化学参数对聚苯胺膜防腐性能的影响.然而通过电化学方法合成出的聚苯胺膜,其机械稳定性,防腐效果还有待提高.

为了进一步提高聚苯胺的抗腐蚀性,对不锈钢表面进行改性是十分重要的.本研究选用有机硅烷偶联剂KH 2560为修饰剂,用循环伏安法,在不锈钢表面制备出聚苯胺膜研究有机硅烷偶联剂KH 2560对聚苯胺成膜致密性的影响,并考察了聚苯胺膜层的防腐性能.

1实验方法

苯胺,分析纯,减压蒸馏后使用.浓硫酸,KH 2560均为分析纯试剂.

实验试样为切割后的不锈钢片,工作表面积为10mm ×

10mm,用环氧树脂固化封包.用800#

和1000#

的砂纸逐次打

磨,除油处理后吹干备用.电解液为015mol/L 硫酸和011

mol/L 苯胺,并滴加少量的有机硅烷偶联剂KH 2560.

选用CH I 604C 电化学工作站.将制备好的不锈钢电极作为电化学合成聚苯胺的工作电极,铂电极作为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE )作为参比电极.采用循环伏安法合成聚苯胺.在室温315%NaC1溶液中测膜的Tafel 极化曲线和交流阻抗曲线.

利用液膜法测试苯胺单体的红外光谱.制备的聚合膜先从电极表面刮下,与K B r 粉末混合均匀后压制成片,采用I R

Prestige 221红外光谱仪进行红外光谱测试.并用H I T ACH I S 23400N 扫描电子显微镜观察残留在不锈钢电极表面上聚苯

胺的表面形貌.

2结果与讨论

211聚苯胺聚合过程中的循环伏安分析

在酸性溶液中,苯胺通过电化学氧化很容易发生聚合,

2期张爱玲等:不锈钢表面电接枝聚苯胺的防腐性研究225　

并在不锈钢电极表面生成聚苯胺膜.聚苯胺的聚合机理已有很多研究[6],普遍认为是通过阳极偶合机理发生聚合的.用循环伏安法合成聚苯胺的过程中,聚苯胺膜呈现出3种状态,可以用下式表示

:

无色的全还原态(x =1),鲜绿色的半氧化态(x =015),黑绿色的全氧化态(x =0).

图1和图2是电化学聚合苯胺的循环伏安图.电位从-012V ～111V,扫描速率为10mV /s,循环圈数为20圈.图1

是电解液中未加修饰剂(有机硅烷偶联剂KH 2560)的循环伏安图.扫描第一圈时,在01402V 附近出现苯胺的氧化峰,在

01271V 附近出现聚苯胺膜的还原峰.随着扫描次数的增

加,氧化峰和还原峰的峰值电流逐渐增加,每圈开始出现两个氧化峰和两个还原峰.A 峰是聚苯胺膜由还原态到半氧化态的过程,B 峰是聚苯胺膜由半氧化态到氧化态的过程.在

A 峰与

B 峰之间,出现了一个

C 峰,而与C 峰相对应的还原

峰,在图中没有发现.C 峰可能是二聚物、低聚物的氧化所造成的,如醌和苯醌的降解[7].

图2是电解液中加入修饰剂(有机硅烷偶联剂KH 2560)的循环伏安图.与图1相比,氧化峰和还原峰发生了更大的偏移,在A 峰与B 峰之间,无明显的C 峰出现,表明在电聚合过程中,聚苯胺膜未发生明显降解.苯胺在不锈钢电极表

面发生聚合,之后才是动电位扫描的结果.在氧化还原过程中,聚苯胺膜的电导率取决于电荷补偿,电荷补偿是聚苯胺膜发生了阴离子和质子的传输.图2的电流值小于图1的电流值,表明经修饰后的聚苯胺膜对阴离子和质子的传输能力下降.

212聚苯胺膜层的电子扫描显微镜

图3是电极上合成聚苯胺经刀刮后,残留在不锈钢电极上的聚苯胺电子扫描显微镜图.从图3可以看出,不锈钢电极表面上的聚苯胺与不锈钢电极结合良好,分布均匀,成孔状结构.可能是修饰剂KH 2560与不锈钢基体和聚苯胺相互作用的结果.

213聚苯胺的红外分析

图4中A 线是聚苯胺红外吸收光谱,b 线是经KH 2560修饰后的红外吸收光谱.1565/c m 是醌环的特征吸收峰,

1480/c m 是苯环的特征吸收峰,1300/c m 和1240/c m 是C 2N

的拉伸振动,890/c m 和850/c m 是由苯环的C 2H 面外振动吸收所致,苯环上为1,4取代结构,即苯胺的聚合是对位聚合,与文献报道一致[8].A 线和B 线峰值基本相同,说明有机硅烷偶联剂KH 2560对聚苯胺的结构无明显影响.

214极化曲线分析

图5分别是不锈钢、聚苯胺、经修饰的聚苯胺在315%

NaCl 溶液中的Tafel 曲线.图中可见,不锈钢的自腐蚀电位

为-0153V,自腐蚀电流为10-6A.在不锈钢上电聚合聚苯

胺的自腐蚀电位为-0119V,自腐蚀电流613×10-8

A.说明

聚苯胺的加入能够使不锈钢表面发生钝化,

有效地提高了不

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　腐蚀科学与防护技术第21

卷

锈钢的自腐蚀电位,降低了自腐蚀电流.经修饰后的聚苯胺使自腐蚀电位又提高了70mV,自腐蚀电流变为118×10-8 A.说明经修饰后的聚苯胺有较好的防腐效果.

215交流阻抗分析

图6是在不锈钢电极上的聚苯胺和经修饰后的聚苯胺交流阻抗谱图,其基本特征为含一个半圆的双容抗弧,说明基底金属发生了腐蚀反应,可能是由于水分子和侵蚀性Cl-离子穿过聚苯胺膜到达基底金属表面引起了微观的局部腐蚀.根据文献[9]对交流阻抗的解析方法,双容抗弧中高频区的半圆表征了聚苯胺膜的电阻和电容,低频部分反映了膜/金属界面上电化学过程的反应电阻和双层电容.从图6中可以看出,修饰剂的加入,使聚苯胺膜的容抗弧半径变大,使其耐蚀性得到提高.

3结论

11在电合成聚苯胺的过程中,修饰剂(有机硅烷偶联剂KH2560)的加入能抑制聚苯胺膜的降解,提高聚苯胺膜的致密性.

21在防腐过程中,聚苯胺使不锈钢表面钝化,提高自腐蚀电位,降低自腐蚀电流,有效地保护不锈钢表面,经修饰后的聚苯胺能进一步提高不锈钢的抗腐蚀能力.

参考文献:

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